DE2442961A1

DE2442961A1 - Antriebssystem fuer eine automatische zaehlerablesung

Info

Publication number: DE2442961A1
Application number: DE2442961A
Authority: DE
Inventors: Edward Paul Cornell
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-09-17
Filing date: 1974-09-07
Publication date: 1975-03-20
Also published as: DE2442961C2; CH598575A5; JPS5077053A; JPS6029159B2; US3842268A; CA1025080A

Description

Dr. rer. nat. Horst Schüler PATENTANWALT

6 Frankfurt/Main 1, 5.Sept. 197¹*

Niddastraße 52 WK . /he .

Telefon (0611) 237220 Telex: 04-16759 mapat d Postscheck-Konto ι 282420-602 Frankfurt/M.

Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

28I7-RD-6525

General Electric Company

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

Antriebssystem für eine automatische Zählerablesung

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für eine Ausrüstung zur automatischen Zählerablesung bei einem Zähler für Elektrizität oder einem anderen Zähler. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Zählerregister mit Fernablesung mit einer optischen Kodierungseinrichtung, welche einen billigen Hohlkern-Hysteresismotor enthält und die Kodierungsabtastscheibe als einen Teil des Motorrotors verwendet.

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Automatisch ablesende Zähler, welche von Versorungswerken zur Messung der an den Kunden gelieferten Menge von Elektrizität, Gas oder Wasser verwendet werden, besitzen den Vorteil, daß sie auf eine weniger kostspielige und bequemere Weise abgelesen werden können wie die konventionell von Hand abgelesenen Zähler. Konventionlle Zähler erfordern einmal einen Ableser, der monatlich oder zweiwöchentlich einen Rundgang unternehmen muß. Bei diesen Zählern können Ablesefehler beim Ablesen des mit vielen Scheiben ausgestatteten Zählers auftreten. Weiterhin kann das Problem entstehen, daß der Kunde nicht anwesend ist, um den Zähler zugänglich zu machen.

Es wurde eine Anzahl von automatischen Zählerablesesystemen vorgeschlagen. Ein solches System, welches zur Fernablesung des Zählers entwickelt wurde, benutzt eine Anordnung mit optischer, Kodierungsscheibe zusammen mit einem optischen System und einem Potoempfänger zur Erzeugung einer Folge von elektrischen Impulsen entsprechend der Zähleranzeige. Dieser Zähler mit Fernablesung kann auf eine Anweisung von einer Zentralstation unter Benutzung des Telefons oder von Kraftleitungen betätigt werden, um das Auslesesignal zu übermitteln. Der optische Kodierer umfaßt fünf Scheiben für eine Anzeige mit fünf Ziffern und enthält eine Abtastscheibe, die von einem Motor so gedreht wird, daß sie diese Scheibe in Sequenz abtastet. Die sich dabei ergebende Impulsfolge wird zur Aufzeichnung an einen zentralen Rechner übermittelt. Dieser fernablesbare Zähler oder Registriereinrichtung kann für eine Ablesung von Hand mit Scheiben wie in einem konventionellen Zähler ausgestattet werden.

Der vorstehend ausfallsichere und automatische ablesbare Zähler wurden in den beiden deutschen Patentanmeldungen P 2k 15 637.¹I und P 2k 15 638.5 der Anmelderin mit weiteren Einzelheiten vorgeschlagen und beschrieben. Die verschiedenen Teile sind in kompakter Weise angeordnet, da es erwünscht ist, daß der Zähler

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mit Fernablesung etwa die gleichen Abmessungen besitzt wie die gegenwärtig vorhandenen von Hand ablesbaren Zähler. In den dort abgebildeten Ausführungsformen besitzt die drehbare Abtastscheibe Umfangszähne, welche im Eingriff mit einem kleinen Zahnritzel stehen, das durch einen außen befestigten Synchronmotor angetrieben wird.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein verbessertes Antriebssystem gerichtet, das mit geringen Kosten herstellbar ist, sich innen in den verfügbaren Raum einfügt, welcher in dem gedrängten Abschnitt des Zählers mit der optischen Lichtquelle und der Kodierung verbleibt, und die Leistungsanforderungen' erfüllt, beispielsweise eine kurze Anfahrzeit bis zur synchronen Drehung.

Gemäß der Erfindung enthält ein solches verbessertes Antriebssystem für die Abtastscheibe für einen Zähler mit Fernablesung, welches mit geringen Kosten herstellbar ist und sich in den begrenzten verfügbaren Raum einfügt, im wesentlichen einen Hohlkern-Hystereslsmotor, welcher eine tasssenförmige Abtastscheibe als einen Teil des Rotors verwendet. Die Abtastscheibe besitzt einen zylinderischen Rand, welcher ein kontinuierliches Band aus einem ferromagnetischen Material mit hohem Hysteresisverlust bildet, beispielsweise aus einer Vanadium-Kobalt-Eisenlegierung. Der Stator umschließt die Lichtquelle und die Reflektoroptik, vorzugsweise ein parabolisches Reflektorteil, und enthält eine einzige konzentrierte Erregerwindung zwischen einem Paar von Statorlamellen und Abschattungsringanordnungen, welche mit rechtwinklig abgebogenen Fingern ausgestattet sind. Diese Finger sind untereinander versetzt oder ineinander geschachtelt, um alternierende abgeschattete und ungeschattete Statorpole (Spaltpole) entgegengesetzter Polarität zu bilden, die dabei in einem den Rand der Abtastscheibe umschließenden Ring angeordnet sind und etwa ein konstant rotierendes magnetisches Feld erzeugen. Bei einem bevorzugten Aufbau besteht der Stator aus

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vier ausgestanzten Statorlamellen und zwei Abschattungsringen, welche in der richtigen Reihenfolge zu beiden Seiten der Erregerwindung gestapelt sind, die durch einen integralen hohlen Kern auf einer der Lamellen getragen ist.

Während des Auslesens wird die Abtastscheibe neben anderen Teilen des Kodierungssystems mit kollimiertem Licht beleuchtet, welches vom Reflektor projiziert wird, und das eingeschaltete Antriebssystem besitzt eine schnelle Anlaufzeit zum Erreichen der synchronen Drehzahl. Die Folge der Lichtausleseimpulse, welche durch die sich drehende Abtastscheibe erzeugt wird, wird verwendet, um das fernablesbare elektrische Ausgangssignal des Kodierungssystems zu erzeugen, welches von den Dreh3tellungen der durch Zahnräder gekoppelten Anzeigewellen kennzeichnend ist.

Figur 1 zeigt eine Untersicht, teilweise im Schnitt, für die Hauptbestandteile des Zählers mit Fernablesung mit einer Auslesung mit optischem Kodierer und des Hohlkern-Hysteresismotors als Ausfuhrungsform der Erfindung, welcher den parabolischen Reflektor der Kollimationsoptik umschließt und die Abtastscheibe des Kodierers als einen Teil des Rotors des Motors verwendet.

Figur 2 zeigt eine schematische Ansicht der räumlichen Anordnung der Kodierungsscheiben, der mittleren Abtastscheibe und der RUckplatte mit radialen Ausleseschlitzen.

Figur 3 ist eine schematische auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Hohlkern-Hysteresismotors mit abgeschalteten Polen (Spaltpolmotor).

Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht des zusammengebauten Hohlkern-Hysterslsmotors.

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Obwohl das verbesserte Antriebssystem für eine automatische Zählerablesung als Ausführungsform der Erfindung in einer Vielzahl von Zählern einschließlich der verschiedensten Arten von Elektrizitätszählern, Gaszählern, Wasserzählern usw. verwendbar ist, wird die bevorzugte Ausführungsform unter Bezugnahme auf einen Wattstundenzähler für Verwendung im Haushalt erläutert. Der Zählabschnitt des Wattstundenzählers ist mit einem optischen Kodierer 'für die Zählerablesung zur Erzielung einer Pernablesungsmöglichkeit ausgestattet. Er enthält jedoch auch noch eine konventionelle Zahnradanordnung, welche eine Reihe von Zählscheiben dreht, wobei für jede Ziffer eine Scheibe vorgesehen ist, und kann zur visuellen oder Auslesung von Hand dienen. Obwohl dies für einen absolut ausfallsicheren Betrieb erwünscht sein kann, ist die Einfügung dieser Ablesemöglichkeit vom Standpunkt der Erfindung wahlweise. Ebenso kann der Mechanismus im Inneren des Zählers, welcher tatsächlich die interessierende elektrische Größe mißt, im Falle eines Wattstundenzählers das zeitliche Integral der Leistung, und dann den Zählerabschnitt betätigt, die verschiedensten an sich bekannten Formen annehmen.

In Figur 1 ist das Register 10 eines Kilowattstundenzählers mit Fernablesung in einem Maßstab entsprechend dem Vierfachen der tatsächlichen Größe gezeigt. Das Register 10 besitzt eine Frontplatte 11 und eine parallele Rückplatte 12 und benachbart zur Frontplatte sind eine Vielzahl von Anzeigezahnrädern 13a bis 13e angeordnet, von denen in dieser Ansicht nur einige gezeigt sind. Diese sind jeweils zur Drehung mit einem Satz von Anzeigewellen l4a bis l4e angeordnet, die sich zwischen der Vorderplatte und der Rückplatte erstrecken.

Wie weiterhin in der zuvor erwähnten deutschen Patentanmeldung P 2*J 15 638.5 noch im einzelnen beschrieben, bilden die Anzeigezahnräder 13a bis 13e einen Dekadengetriebesatz, in dem das Zahnrad für die kleinste Größenordnung und die Anzeigewelle dreh bar an ein eingangsseitigesAntriebszahnrad gekoppelt sind,

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das seinerseits von der Zählwelle des Zählers angetrieben wird. Ebenfalls nicht gezeigt sind ein Satz von Hand ablesbaren Skalen, die auf der äußeren Oberfläche der Prontplatte an den entsprechenden vorderen Enden der Anzeigewellen l4a bis l4e befestigt sind. Infolge des Übersetzungsverhältnisses entsprechen die Drehstellungen der Anzeigewellen und der von Hand ablesbaren Scheiben den entsprechenden Ziffernstellen einer Kilowattstundenanzeige mit fünf Ziffern.

Der übrige Raum zwischen der Vorderplatte 11 und der Rückplatte 12, welche typischerweise einen Abstand von weniger als etwa 2,5 cm besitzen, wird von der optischen Kodierungseinrichtung für die ,Fernablesung eingenommen. Es wird noch Bezug auf die Figur 2 genommen^ in der die fünf Anzeigewellen 14a bis l^e in einem halbkreisförmigen Muster mit gleichem radialen Abstand von einem gemeinsamen Mittenpunkt C angeordnet sind und einen Winkelabstand von ^5 Grad untereinander besitzen. Ein Satz von kreisförmigen optischen Kodierungsscheiben 15a bis 15e aus einem dünnen Metall sind jeweils zur Drehung mit den Anzeigewellen l*la bi3 l*le befestigt. Jede der Kodierungsscheiben besitzt ein Muster aus kreisbogenförmigen Schlitzen und öffnungen 16 in einer Vielzahl von konzentrischen Ringen, die so angeordnet sind, daß sie eine Auslesung der Drehstellung der entsprechenden Anzeigewelle im Binär-Kode gestatten. Um das schnelle Auslesen zu begünstigen, für das in jedem Monat oder einer sonstigen Rechnungsperiode Jeweils nur wenige Sekunden benötigt werden, ist eine mittlere Abtastscheibe 14 vorgesehen, die um eine gelagerte Welle drehbar ist, die an dem Mittenpunkt C befestigt ist. Die gelagerte Welle 18 (Figur 1) ragt von der Rückplatte 12 aus nach innen und trägt ein drehbares Lagerteil 19, an dem die Abtastscheibe 17 starr befestigt ist. Die Abtastscheibe 17 ist tassenförmig und besitzt ein dünnes kontinuierliches Band aus einem ferromagnetischen Material 20 mit hohem Hystereseverlust, das an der Innenseite des Randes befestigt ist und, wie noch nachstehend im einzelnen erläutert, den Rotor des Antriebsmotors

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Die Stirnfläche der Abtastscheibe 17 besitzt eine Reihe von relativ kleinen, in Drehrichtung untereinander versetzten Öffnungen 21 in verschiedenen radialen Abständen von dem Mittenpunkt C. Diese AbtastÖffnungen 21 können als Öffnungen in einem spiralförmigen Muster betrachtet werden und begünstigen die Auslesung der binären Information entsprechend der Drehstellung der Kodierungsscheiben 15a bis 15e. Die Rückplatte 12 besitzt weiterhin einen Satz von fünf speichenähnlichen Schlitzen 22, die einen Winkelabstand von 45 Grad untereinander besitzen, daß zu irgendeinem Zeitpunkt nur eine der Kodierungsscheiben gelesen wird. Um den Durchgang des Lichtes auf einen Fotoempfänger zu gestatten und entweder eine binäre Eins oder binäre Null anzuzeigen, ist die Koinzidenz zwischen einer Öffnung 16 in einer Kodierungsscheibe, einer Abtastöffnung 21 in der Abtastscheibe und dem entsprechenden Auslesespalt 22 in der Rückplatte 12 erforderlich. Während einer Umdrehung der Abtastscheibe 17 werden die fünf Kodierungsscheiben 15a bis 15e in Sequenz abgetastet.

Das optische System, welches der optischen Kodierungseinrichtung zur Fernablesung zugeordnet ist, enthält eine Lichtquelle und eine Sammeloptik zur Erzeugung von kollimiertem(parällelem)Licht welches im wesentlichen die gesamte Fläche der Abtastscheibe beleuchtet. Zu diesem Zweck ist zentrisch in einem parabolischen Reflektorteil 24 zur Projektion paralleler Lichtstrahlen eine Glühlampe befestigt. Zur Halterung dieser Bauteile ist an der Frontplatte 11 in Ausrichtung mit der Lagerwelle 18 eine mittlere Halterung 25 befestigt und besitzt eine mittlere Bohrung zur Aufnahme der Glühlampe 23. Der parabolische Reflektor 24 ist durch öefestigungsteile 26 an einem Flansch an der mittleren Halterung 25 befestigt. Vorzugsweise besteht er aus einem Teil aus durchsichtigem Kunststoff, das in geeigneter Weise mit Silber oder Aluminium beschichtete reflektierende Oberflächen besitzt. Der Stator 27 des Hohlkern-Hysteresismotors, welcher den Hauptgegenstand dieser Erfindung bildet, ist auf dem parabolischen Reflektor 24 befestigt und umschließt diesen. Die Samme1-

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optik des optischen Systems enthält ein Sammelteil 28, das an der äußeren Oberfläche der Rückplatte zentrisch zu der Lagerwelle 18 für die Abtastscheibe 17 befestigt ist. Dieses besteht vorzugsweise aus einem Cassegrain-Reflektor aus durchsichtigem Kunststoff, der eine äußere primäre Reflektoroberfläche und eine innere sekundäre Reflektbnsoberfläche besitzt zur Fokussierung durchgelassener Lichtimpulse auf eine einzelne Potoempfängeranordnung 29, welche an der Mitte auf der äußeren Oberfläche des Kollektors befestigt ist. Eine einzige Potoempfängeranordnung, wie beispielsweise eine Fotozelle oder eine andere fotoempfindliche Festkörpereinrichtung empfängt alle durchgelassenen Lichtimpulse von den fünf Kodierungsscheiben und erzeugt eine Reihe von elektrischen AusgangsSignalen in Form einer Folge elektrischer Impulse. Nach der Dekodierung an einer entfernt angeordneten Zentralstation wird die Ablesung des Kilowattstundenzählers aus der übermittelten Information abgeleitet.

Weitere Einzelheiten über die optische Kodierungseinrichtung zur Fernablesung und das zugeordnete optische System können aus den zuvor genannten deutschen Patentanmeldungen P 2k 15 637.^ und P 24 15 638.5 entnommen werden. In der erstgenannten Anmeldung zeigt die Figur 5, daß die Statorwicklung im Motorstator 27 und die Glühlampe 23 gleichzeitig durch das Schließen eines Relais bei Vorhandensein eines elektrischen Signals von der entfernt angeordneten Zentralstation zugeschaltet werden, wobei dieses Signal über ein Telefon, über die Kraftleitung oder über koaxiale Leitungen dem bestimmten auszulesenden Zähler zugeführt wird. Einer der erwünschten elektrischen Leistungsdaten für das Antriebssystem zur Abtastscheibe besteht darin, daß es in einem Zeitraum (etwa 100 bis 200 Mikrosekunden) auf die synchrone Drehzahl gebracht wird, welcher der thermischen Zeitkonstante der Lichtquelle entspricht. Das heißt, die angetriebene Abtastscheibe 17 befindet sich zu dem Zeitpunkt auf der Ablesedrehzahl, in dem das projizlerte Licht eine ausreichende Helligkeit zur zuverlässigen Ablesung besitzt.

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Das Antriebssystem für die Abtastscheibe 17 wird erhalten durch einen asymmetrischen synchronen Hystersismotor mit hohlem Kern und abgeschattetem Pol (Spaltpol). Ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß die Abtastscheibe 17 ein Teil des Rotors des Motors ist und das ferromagnetische Material 20 ergibt oder trägt, das einen hohen Hystereseverlust besitzt und die Erzeugung eines hohen Drehmomentes ermöglicht. Ein weiterer/ Gesichtspunkt der Erfindung besteht darin, daß sich die Anordnung in den verfügbaren verbleibenden Raum in dem Zähler mit optischer Fernablesung einfügt und asymmetrisch ist, da sie die äußere, kegelstumpfähnllch gestaltete -Seite des parabolischen Reflektors 24 umschließt oder an derselben befestigt ist. Ein Stator mit abgeschattetem Pol wird verwendet, um ein etwa konstant umlaufendes magnetisches Feld zu erzeugen und ermöglicht ein wirksames Anlassen und Laufen des Motors. Für diesen Anwendungsfall ist ein konstruktiver Aufbau mit geringen Herstellungskosten und für die Herstellung mit hohen Stückzahlen unerläßlich.

In der bevorzugten Ausführungsform besteht der Stator 27 des Antriebssystems aus sieben verschiedenen Bestandteilen, die gemäß der Schnittansicht der Figur 1 aufeinandergestapelt oder ineinander geschachtelt sind. In der gezeigten Reihenfolge sind diese zu bezeichnen als erste Statorlamelle für den abgeschatteten Pol und hohles Kernteil 30, erster Abschattungsring 31, eine erste Statorlamelle 32 mit nicht abgeschattetem Pol, eine Statorwicklung 33, eine zweite Statorlamelle 3^ mit nicht abgeschattetem Pol, ein zweiter Abschattungsring 35 und eine zwei^ te Statorlamelle 36 mit abgeschattetem Pol. Obwohl beide Anordnungen mit Statorlamelle und Abschattungsring den Statornordpol oder den Statorsüdpol bilden können, werden hier bequemerweise die Elemente 30 und 32 als Komponenten für den Statornordpol bezeichnet und die Elemente 3^ bis 36 als Komponenten für den Statorsüdpol. Die Statorlamelle 30 mit abgeschattetem Pol besitzt einen integral ausgebildeten kegelstumpfförmigen Hohlkern 30a, der sich an die Gestalt des parabolischen Reflek-

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tors 2*1 anpaßt, an dem er befestigt ist, und einen Plansch 30b, mit dem das Teil an dem Plansch auf der mittleren Halterung 25 befestigt ist.

Es wird Bezug genommen auf die auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Hohlkern-Hystersismotors nach Figur 3· Die Statorlamelle und das Kernteil 30 besitzenweiterhin einen Satz von fünf gleich beabstandeten relativ schmalen rechtwinklig gebogenen Fingern 30', welche an sich die abgeschatteten Nordpolstrukturen bilden. Dieser Teil und auch die anderen Statorlamellen sind aus gewöhnlichem Weicheisen mittlerer Güte hergestellt und sind geeignet zur Herstellung als Stanzteile. Die Abschattungsringe 31 und 35 sind aus kompaktem Kupfer hergestellt und besitzen etwa die gleiche Masse, so daß der Ring mit dem größeren inneren Durchmesser etwa doppelt so dick ist wie der Ring 35 mit dem kleineren inneren Durchmesser. Die Statorlamelle 32 ist im wesentlichen ein einfacher Ring mit einem Satz von fünf am Umfang rechtwinklig abgebogenen Fingern 32', welche die nicht abgeschatteten Nordpolstrukturen des Stators ergeben. Diese können aus einem Stanzteil in Art einer Unterlagscheibe gebildet werden, wobei in einem anschließenden Schritt die FingerVgebogen werden. Die übrigen Statorlamellen 3^ und 36 sind ähnlich dem Element 32 mit der Ausnahme, daß die inneren Durchmesser der Ringe fortschreitend kleiner sind und die Jeweilig abgebogenen Statorpolfinger 3^' und 36' fortschreitend länger sind.'Im zusammengebauten Zustand (s. Figur Ί) befinden sich die Enden aller Statorpolfinger etwa in der gleichen Ebene. Die ringförmige Statorerregerwicklung 33 enthält eine Kunststoffspule 33a (Wickelkörper) auf der eine einzige konzentrierte Statorwicklung 33b aus Kupferdraht gewickelt ist. Dieser Motor ist vorzugsweise konstruiert für Erregung durch Einphasen-Wechselspannung 24 Volt, 60 Hz; es können jedoch entsprechend dem Anwendungsfall und dem gewünschten Betriebsverhalten andere Versorgungsspannungen verwendet werden.

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Die tassenförmige Abtastscheibe 17 1st geeigneterweise aus dünnem Aluminiummetall hergestellt, um eine schnelle Anlaufzeit zu erhalten, die angenähert proportional dem Trägheitsmoment des Rotors ist. Für den beschriebenen bevorzugten Anwendungsfall wird das ferromagnetische Band 20 mit hohem Hystereseverlust, das an der Innenseite des Randes befestigt ist, aus Vanadium-Permendur hergestellt. Permendur 1st ein Warenzeichen der Allegheny Ludlum Steel Corp für eine Kobalt-Eisenlegierung für Anwendungen mit hoher Flußdichte. VanadiumrPermendur ist eine Legierung, welche im wesentlichen aus 2 % Vanadium, 48 % Kobalt und 50 % Elsen besteht. Bei einem anderen Hersteller besteht die Legierung aus 2 % Vanadium, 49 % Kobalt und 49 % Eisen. Bei andersartigen Anforderungen wurden für die Rotoren von Hysteresismotoren andere Legierungen verwendet, die gewöhnlich einen hohen Anteil von Kobalt enthalten und auch diese Legierungen können gegebenenfalls gewählt werden. Es kann erforderlich sein, den Rotor so anzulassen, daß eine mäßige Koerzitivkraft vorhanden ist und in der Hystereslsschleife ein großer Spitzenwert der Flußdichte auftritt. Hierdurch wird die Neigung des Rotorflusses zur Magnetisierung des Rotors als Permanentmagnetrotor auf ein Minimum gebracht, bei der die Anzahl der Rotorpole gleich der Anzahl der Statorpole ist. Diese Erscheinung ist sehr günstig, da sie das Hysteresedrehmoment bei der synchronen Drehzahl vergrößert. Sie verschlechtert jedoch das Anfahrverhalten des Motors, da die Rotorpole eine Neigung zur Verhaftung (latching) mit dem Statoreisen besitzen. Die richtige Auswahl des Luftspaltes bringt diesen Hafteffekt auf ein Minimum.

Wenn die einzelnen Komponenten des Stators zusammengestapelt gemäß Figur 4 zusammengebaut sind, sind die fingerähnlichen Statorpole gegeneinander versetzt oder ineinander geschachtelt. Die zwanzig Statorpole einschließlich der fünf Paare von nicht abgeschatteten und abgeschatteten Nbrdpole des Stators und der fünf Paare von nicht abgeschatteten und abgeschatteten Südpolen des Stators sind am Ringumfang mit einem Winkel von 36 Grad

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untereinander gleichmäßig beabstandet. Die Breite der Statorpole ist vorzugsweise so bemessen, daß der Luftspalt zwischen benachbarten Fingern klein ist. Die Anordnung der Statorpole in Sequenz bestimmt, ob sich die Abtastscheibe im Uhrzeigersinne oder im Gegenuhrzeigersinne dreht. Wie in Figur 4 gezeigt, 1st die Sequenz, gesehen im Uhrzeigersinne, wie folgt: Ein nicht abgeschatteter Nordpol 32', ein angeschatteter Nordpol 30· ein nicht abgeschatteter Südpol 3¹*^f und ein abgeschatteter Südpol 36^f usw. und hierdurch wird eine Drehung der Abtastscheibe 17 im Uhrzeigersinne erzeugt. Für einen Zehnpol-Motor dieses Typs bei Erregung mit 60 Hz beträgt die Motordrehzahl 720 Umdrehungen pro Minute. Es kann selbstverständlich eine kleinere oder größere Anzahl von Statorpolen verwendet werden. Für diesen Anwendungsfall wird Jedoch ein Zehnpol-Motor gewählt, da er die erwünschte Auflösung des Impulsabstandes ergibt.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des Hohlkern-Hysteresemotors nur kurz beschrieben.In Jeder gegebenen Halbperiode der zugeführten Spannung läuft der sich ändernde magnetische Fluß ent" weder durch den Abschattungsring 31 oder 35 und induziert eine Spannung in dem Abschattungsring, welche das Schließen eines Stroms verursacht. Ein solcher Strom baut stets einen Fluß auf, welcher dem ihn erzeugenden Fluß entgegengerichtet ist. Als Ergebnis erfolgt eine solche Phasenverschiebung in dem Fluß, daß der Fluß des Stators mit abgeschattetem Pol sich einen Augenblick später aufbaut. Dieser Vorgang geschieht an Jedem Paar eines nicht abgeschatteten und eines abgeschatteten Pols, wobei beim Durchlaufen der Periode des Flusses ein Ansteigen und eine Verminderung des Flusses erfolgt. Der Rotor dreht sich in einer Richtung von einem nicht abgeschatteten Statorpol in Richtung eines abgeschatteten Statorpols. Der abgeschattete Statorpol al· Oani·· genommen «rseugt ein ttw* konstant·· rotie rendes magnetisches Feld. Diese magnetomotorische Kraft induziert Ströme in dem kontinuierlichen zylindrischen Rotorband 20,

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welche um einen Winkel proportional zum Hystereseverlust der induzierenden magnetomotorischen Kraft nacheilend sind, wobei dieser Winkel der Drehmomentwinkel ist. Daher läuft der PIu)B von einem nicht abgeschatteten Statorsüdpol am Umfang durch das Vanadium-Permendurband 20 zu einem nicht abgeschatteten Statornordpol. Bei Annahme fehlender Querverknüpfungen des Flusses gilt das gleiche für den Fluß des abgeschatteten Pols. Im Idealfall 1st das Motordrehmoment proportional der Grundkomponente der magnetomotorischen Kraft des Stators, der Grundkomponente des Rotorflusses und dem Sinus des Drehmomentwinkels. Wie bereits erwähnt, wird an dem Motor während des Ausleseintervalls Spannung angelegt, welches im Monat bis herab zu zwei Sekunden betragen kann, und zwar nach dem Schließen eines Relais durch eine Anweisung von der entfernten Zentralstation. Der Motor besitzt einen schnellen Anlauf und erreicht die synchrone Drehzahl von 720 Umdrehungen pro Minute in einem Zeitraum, .der angenähert gleich der thermischen Zeitkonstante der Lichtquelle ist (etwa 100 bis 200 Mikrosekunden). Die Kodierungsscheiben
15a bis 15e können in einer einzigen Umdrehung der Abtastscheibe 17 ausgelesen werden. Zur übertragung von überschüssigen

redundanten (redundant) Auslesesignalen zur Feststellung von Fehlern können jedoch mehrere Umläufe erforderlich sein.

Es sind die verschiedensten Abwandlungen der bevorzugten Ausführungsform möglich. In der vorstehenden Beschreibung besitzen alle nicht abgeschatteten und abgeschatteten Pole gleichen Abstand. Es ist jedoch auch möglich, den mechanischen Winkel
zwischen einem nicht abgeschatteten Pol und seinem entsprechendem abgeschatteten Pol gleich dem tatsächlichen Phasenwinkel
in äquivalenten elektrischen Graden zu machen, um eine relativ glatt umlaufende magnetomotorische Kraft zu erzeugen. Bei dem verwendeten Typ von Abschattungsringen kann mit einer vernünftigen Kupfermenge höchstenfalls eine Phasenverschiebung von
etwa 35 bis 45 Grad erzeugt werden. Weiterhin können die Statorlamellen und die Anordnung des Abschattungsrings zu beiden

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Seiten der Statorwicklungsanordnung 33 eine oder mehrere Statorlämellen enthalten, die fünf Paare von rechtwinklig abgebogenen nicht abgeschatteten und abgeschatteten Statorpolfingern enthalten. In diesem Falle besitzt der Abschattungsring eine kompliziertere Gestalt einschließlich Öffnungen, durch welche die Statorpolfinger eingeführt und über eine Umfangslippe gebogen werden.

Zusammengefaßt, wird das verbesserte Antriebssystem für die Abtastscheibe eines Kodleres für automatische Zählerablesung in den verfügbaren Raum in dem Zähler eingebaut, welcher den Reflektor in dem optischen Kodierungssystem umgibt, und verwendet die Ausleseabtastscheibe als ein Teil des Rotors. Der Hohlkern-Hysteresismotor besitzt niedrige Herstellungskosten und einen

asymmetrischen Stator, der aus einem Stapel von Statorlamellen, Abschattungsringen und Erregerwicklungsteilen zusammengefügt ist und die erwünschten Anforderungen bezüglich des Betriebsverhaltens erfüllt, einschließlich eines schnellen Anfahrens auf die synchrone Drehzahl.

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Claims

- 15 Patentansprüche

Zähler mit Fernablesung, welcher eine optische Kodierungseinrichtung zur Erzeugung eines Ausgangssignals mit Fernablesung besitzt, das die Drehlagen einer Vielzahl von gekoppelten Anzeigewellen anzeigt j dadurch gekennzeichnet, daß die optische Kodierungseinrichtung ein Optik mit Lichtquelle (23)y einen Reflektor (21) und eine rotierende Abtastscheibe (17) zur Erzeugung einer Folge von Lichtsignalen zur Auslesung enthält, und noch ein Antriebssystem für die Abtastscheibe vorhanden i3t, welches einen die Reflektoroptik (24) umschließenden Stator (27) enthält und einen Teil der Abtastscheibe (17) als Rotor benutzt.

2. Zähler mit Fernablesung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abtastscheibe (17) tassenförmig gestaltet ist und einen zylindrischen Rand enthält, der aus einem kontinuierlichen Band (20) eines ferromagnetischen Materials mit hohem Hystereseverlust besteht.

3. Zähler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Stator (27) eine einzige konzentrierte Erregerwicklung (33b) und ein Paar von Anordnungen mit Statorlamelle (30) (34) und Abschattungsring (31, 35) enthält, bei denen jeweils ein nicht abgeschatteter und ein abgeschatteter Statorpol In einem den zylindrischen Rand umschließenden Ring zur Erzeugung eines etwa konstant drehenden magnetischen Feldes angeordnet ist.

4. Zähler nach Anspruch 3_S dadurch "gekennzeichnet, daß Jede Anordnung aus Statorlamelie und Abschattungsring eine nicht abgeschattete Pollamelle (32),. einen Abschattungsring (31) und eine abgeschattete Pollamelle (30) enthält, wobei Jede Lamelle mindestens einen rechtwinklig abgebogenen Finger (3O¹J_n^Is Statorpol enthält.

5. Zähler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die rechtwinklig abgebogenen Finger (30¹) verschiedene Länge besitzten, in etwa der gleichen Ebene enden und einen gleichen Abstand voneinander besitzen.

6. Zähler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch geke*n nze lehnet , daß die Abtastscheibe (17) tassenförmig ist und mit einem zylindrischen Rand ausgestattet ist, der aus einem kontinuierlichen Band (20) einer Vanadium-Kobalt-Eisen-Legierung mit hohem Hystereseverlust besteht.

7. Zähler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Stator (27) eine einzige konzentrierte Erregerwindung (33b) und ein Paar von Statorlamellenanordnungen enthält, welche jeweils eine Vielzahl von rechtwinklig abgebogenen Fingern (30¹) besitzen, die in einem den zylindrischen Rand umschließenden Ring angeordnet sind und nicht abgeschattete und abgeschattete Statorpole zur Erzeugung eines etwa konstant umlaufenden magnetischen Feldes bilden.

8. Zähler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der optische Kodierer ein konisch gestaltetes Reflektorteil (24) zur Projektion von kollimiertem Licht enthält, wobei die Scheibe eine drehbare tassenförmige Abtastscheibe (17) ist, die koaxial mit dem Reflektorteil (24) zur Erzeugung einer Folge von Ausleseimpulsen zur Ableitung des elektrischen Ausgangssignals angeordnet ist.

9. Zähler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß eine der Anordnungen mit Statorlamelle und Abschattungsring ein konisch gestaltetes hohles Kernteil (30) besitzt zur Aufnahme einzelner Statorkomponenten in gestapelter Form und zur Befestigung des Stators an dem Reflektorteil.

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-Πιο. Zähler nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß jede der Anordnungen von Statorlamelle und Abschattungsring eine nicht abgeschattete Pollamelle, einen Abschattungsring und eine abgeschattete Pollamelle enthält, wobei diese Lamellen jeweils eine Vielzahl von rechtwinklig abgebogenen Fingern mit verschiedener Länge besitzen, die zur Schaffung der Statorpole ineinander geschachtelt sind.

11. Zähler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der abgeschatteten Pollamellen einen integralen hohlen Kernteil besitzt zur Aufnahme der Statorlamellen, der Abschattungsringe und der Erregerwindung in Form eines Stapels und zur Befestigung des Stators an dem Reflektorteil.

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