DE949115C

DE949115C - Hochfrequenzgoniomeer, insbesondere Peilgoniometer

Info

Publication number: DE949115C
Application number: DET7851A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Goto; Isokazu Tanaka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1952-05-31
Filing date: 1953-05-19
Publication date: 1956-09-13
Also published as: US2815506A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBEN AM 13. SEPTEMBER 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a⁴ GRUPPE 48o5 INTERNAT. KLASSE H 01 f; H 04p —

T 7851 VIIIa/2i a*

Isokazu Tanaka und Mitsuo Goto, Tokio

sind als Erfinder genannt worden

Isokazu Tanaka und Mitsuo Goto, Tokio

HocMrequenzgoniometer, insbesondere Peilgoniometer

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutsdiland vom 19. Mai 1953 an

Patentanmeldung bekanntgemacht am 16. Februar 1956

!Patenterteilung bekanntgemacht am 23. August 1956

Die Priorität der Anmeldung in Japan vom 31. Mai 1952 ist in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft ein Hochfrequenzgoniometer, insbesondere ein Goniometer für drahtlose Peilgeräte.

Bei derartigen Goniometern ist es wünschenswert,

daß die Kopplung, d. h. die Gegeninduktivität, zwischen Stator und Rotor groß ist und daß der Kopplungsfehler, der sich bei Drehung des Rotors einstellt, gering ist.

Es ist bereits bekannt, den Stator eines Goniometers auf einem ringförmigen' Eisenkern, welch letzterer eine endlose Toroidwicklung besitzen kann, anzuordnen; dabei wurde im allgemeinen der Rotor als ein zylindrischer oder scheibenförmiger Eisenkörper mit parallel oder sich überkreuzend gewickelten Windungen "ausgeführt. Bei solchen Anordnungen müssen die parallel oder kreuzweise gewickelten Windüngen einander sehr nahe sein, so daß sich Streukapazitäten zwischen den Windungen der engen Wicklung ergeben, wodurch sich die Wirksamkeit

des Goniometers vermindert und Fehler auftreten. Diese Nachteile stellen sich besonders bei Benutzung extrem kurzer Wellen ein.

Bei einer Goniometeranordnung, bei der der Rotor aus einem zylindrischen oder scheibenförmigen Eisenkörper besteht, welcher mit parallelen oder sich überkreuzenden Windungen bewickelt ist, muß die Drehachse des Rotors durch die Mitte des Kernes hindurchgeführt werden, wodurch sich eine nicht gleichmäßige ίο Windungsverteilung des Rotors in der Nähe der Achse ergibt, welche ebenfalls zu Fehlern führt.

Es ist auch die Herstellung eines Rotors von zylindrischer oder Kreisscheibenform mit parallel oder sich überkreuzend gewickelten Windungen durchaus nicht einfach.

Gegenstand der Erfindung ist ein Hochfrequenzgoniometer, welches von den genannten Fehlern frei ist und in seiner Anordnung einfach und leicht herstellbar ist.

Gemäß der Erfindung besteht sowohl der Stator als auch der Rotor aus je einer auf einem ringförmigen Eisenkern gewickelten endlosen Toroidspule. Bei einem Goniometer gemäß der Erfindung kann sehr leicht der Luftspalt zwischen Stator und' Rotor schmal gehalten werden, so daß die Gegeninduktivität zwischen beiden, d. h. also die Kopplung, hoch ist. Es ist ferner, da Stator und Rotor Kreisringform besitzen und die Stator- und Rotorwicklungen endlose Spulen darstellen, die Herstellung einfach. Da parallele oder sich überkreuzende, nahe zueinander geführte Windungen nicht vorliegen, ist die Streukapazität gering, und es sind auch Stellen ungleichmäßiger Wicklung vermieden, so daß der auftretende Fehler gering ist. Die Selbstinduktion der Rotorwicklung ist niedrig, weil zwei Teile der Wicklung zueinander parallel an die betreffenden Ausgangsklemmen geführt sind Es ergibt sich daher ein guter Wirkungsgrad, und das Goniometer ist auch für kurze Wellen geeignet.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in drei Ausführungsformen dargestellt. Es bedeutet

Abb. ι eine schematische Vorderansicht eines Ausführungsbeispieles der Erfindung, Abb. ιa eine teilweise Schnittzeichnung des in Abb. ι dargestellten Ausführungsbeispieles,

Abb. 2 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispieles der Erfindung,

Abb. 3 eineschematischeSeitenansichteinesweiteren Ausführungsbeispieles.

Bei dem Ausführungsbeispiel entsprechend Abb. r und ι a besteht der Stator A aus einem ringförmigen Eisenkern 1,' welcher kreisförmigen, rechteckigen oder anderen gleichartigen Querschnitt besitzt und aus einem für hohe Frequenzen geeigneten Material, z. B. Pulvereisen, besteht. 2 ist eine endlose Wicklung, die auf dem Kern 1 aufgebracht ist. Die Wicklung ist in gleichmäßiger Wicklungsform aufgebracht. Der Rotor B besteht aus einem Eisenkern 3 und einer endlosen Wicklung 4, die auf dem genannten Kern 3 aufgebracht ist, wobei der Kern und die Wicklung in gleicher Art wie Kern 1 und Wicklung 2 ausgebildet sind. Der Stator A wird durch verschiedene Arme 5 getragen, welche an einem festen Traggerüst 6 angeordnet sind, und der Rotor B ist drehbar im Stator.4 mittels geeigneter Mittel angeordnet; beispielsweise kann er zwischen zwei Scheiben 8 und 9, die eine Drehachse 7 besitzen, angeordnet sein. Um eine konzentrische Aufstellung von Stator und Rotor sicherzustellen, können auch andere Mittel vorgesehen sein.

Es ist zweckmäßig, den Stator A und den Rotor B in einer Ebene liegend anzuordnen, um den Kopplungskoeffizienten groß zu machen; aber unter gewissen Bedingungen kann es auch zweckmäßig sein, sie in verschiedenen Ebenen, die in Richtung der Achse versetzt liegen, anzuordnen.

Die Statorwickhntg 2 ist mit vier Eingangskiemmen 10, 11, 12 und 13 ausgerüstet, von denen zwei mit Punkten auf einer vertikalen Durchmesserlinie der genannten Wicklang angeordnet sind, während die anderen beiden an zwei Panktersi eines Horizoirtaldurchmessers der genanntere Wicklung· angeschlossen sind. Die RotarwickLong^ ist mit zwei Ausgangsklemmen 14 und 15 veTfeumfei, die an zwei Punkte eines Durchmessers der genannten; Wicklung artgeschlossen sind. Der Winkel & zwischen der Geraden,, die durch die genamrten beiden» mit den Anschlüssen 14. und 15 verbundenen- Punkte hindurchgeht, und der vertikalen Geraden, welche drrreh äw beiden Punkte hindurchgeht, die mär den Anschlüssen 10 und 11 verbunden sind,, soll ΐπ nachfolgendem der Einfachheit halber mit VerdrehungswmkeE bezeichnet werden. Wenn bei dem AusführungstieispieJl der Abb. r jedes Paar der Anschlüsse 10·, π und ez,. 13 verbunden wird mit einem Rahmen einer KreuzrahmseriaiKirdnung; oder einer Adcock-Antenne (die nieM dargestellt sirai in der Zeichnung), so wirdl ein hochfrequenter mar gnetischer Fluß in den Eisenkernen r tmd 3 induziert,, die die Induktion einer anzeigbareni Spannung in der Roterwicklung 4 an deren Klemnien: 14 und 15 zur i<x> Folge hat. Falls erforderlich, kann indessen: auch das in Abb. 1 gezeigte Goniometer mit einer anderen' Antenne betrieben werden, beispielsweise mit einer Antenne, welche aus einer Vielzahl symmetrischer Elemente, also mehr als zwei Elementen, besteht, die mit symmetrischen Punkten, der Statorwicklung· 2 verbunden werden. In solchem Falle ergibt sich ein Goniometer von geringerem Fehler, als es das erstgenannte besitzt.

Dem Aufbau entsprechend durchsetzt bei der no> Abb. ι der größte Teil des induzierten magnetischen Flusses die Eisenkerne r und 3, die große magnetische Permeabilität haben, und da nur sehr schmale Luftspalte in dem magnetischen Weg sind, ergibt sich eine sehr große Gegeninduktivität zwischen Statorwicklung und Rptorwicklung. Weiterhin ist in Anbetracht der Kreisringform des Stators und Rotors und der endlosen Form der Wicklungen 2 und 4 die Goniometerbauweise sehr einfach.

Die Gegeninduktivität M (Θ) zwischen Stator- la» wicklung und Rotorwicklung kann bei einer Anordnung entsprechend Abb. 1 durch die nachfolgende rleichung (1) ausgedrückt werden, wobei Θ der Verdrehungswinkel ist, die beiden Symbole N_s und N_r die Gesamtzahl Windungen der beiden Wicklungen 2 bzw. 4 bezeichnen und die Größen ^₁, A_%, A_z Kon-

stanten darstellen, die durch die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Kerne i, 3 und der Wicklungen 2, 4 sowie ihrer gegenseitigen Anordnung bestimmt sind.

M (Θ) = ο,8ΐ · N_s -N₇. · (A₁ cos Θ + A₂ cos 3 Θ + A₃ cos 5 Θ +
wobei A₁ ^> A₂ g> A₃ ...

(i)

Wie sich aus der Form des Faktors

(A₂ cos 3 Θ + A₃ cos 5 Θ ...)

ίο ergibt, ist ein Fehler, den man als »Achtelkreisfehler« bezeichnet, bei dem Beispiel der Abb. 1 zu erwarten. Solch ein Fehler kann indessen durch den Aufbau, wie er in Abb. 2 gezeigt ist, vermieden werden, wo dieselben Bezugszeichen zur Bezeichnung derselben Teile benutzt werden. Das in Abb. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel ist fast identisch mit dem in Abb. 1 gezeigten, mit der Ausnahme, daß die Statorwicklung auf dem Statorkern 1 mit gleichmäßiger, die Rotorwicklung 4 dagegen mitsinusförmiger oder annähernd sinusförmiger Verteilung der Windungen auf dem Rotofkern 3 ausgeführt ist. Im Falle des Beispieles der Abb. 2 erhält man für die Gegeninduktivität zwischen den Windungen 2 und 4 den Ausdruck

*⁵ M' (Θ) ^A₁-N₅-N₇. · cos Θ. (2)

Wie man aus Gleichung (2) sieht, ist der Achtelkreisfehler ausgeschaltet, und außerdem ist der Kopplungskoeffizient größer. Die Gleichungen (1) und (2) können wie folgt bewiesen werden:

Wenn der magnetische Fluß, der durch den Strom in der Statorwicklung, welche gleiche Windungsverteilung besitzt, induziert wird, mit Φ (<9_S) bezeichnet wird, so ergibt sich die folgende Gleichung:

2 fm ■ sin (2.m + 1) 6>_s... (3)

Φ (6>_s) = N_s 2

m = 0

In der Gleichung 3 ist cp_m eine Konstante, N_s bezeichnet die Windungszahl auf der Statorwicklung und 0_S ist der Winkel, der gerechnet wird von der Verbindungslinie der beiden mit den Klemmen 10 und 11 verbundenen Punkte, wie in Abb. 1 gezeigt.

Die Änderung der Gegeninduktivität M (Θ) infolge

der Rotation des Rotors ist proportional dem gesamten magnetischen Fluß, welcher die Rotorwicklung durchsetzt. Man kann daher M (Θ) durch die nachfolgende Gleichung (4) darstellen, wobei η (Θ_τ) die winkelmäßige Verteilung der Rotorwicklung bezeichnet und Θ_τ ein Winkel ist, der von der Verbindungslinie der beiden mit den Klemmen 14, 15 verbundenen Punkte gerechnet wird und gleich dem Betrage (0_S — Θ) ist, wie in Abb. 1 dargestellt.

M (Θ)

θ + η

, — Θ)-Φ

■d0_s

(4)

Wenn die Rotorwicklung mit gleichmäßiger Verteilung gewickelt ist, dann ergibt sich

(5)

In Gleichung (5) bezeichnet N_r die Windungszahl der Rotorwicklung.

Wenn die Rotorwicklung mit sinusförmiger Verteilung gewickelt ist, so ergibt sich

.N

?_r) = .Jh- sin <9,. 4

(6)

Gleichung (1) kann dann aus den Gleichungen (3), (4) und (5) abgeleitet werden und Gleichung (2) aus den Gleichungen (3), (4) und (6), wobei aus Platzgründen diese Ableitung nicht näher ausgeführt wird.

Entsprechend dem Beispiel, das in Abb. 3 gezeigt ist, kann der Stator aus zwei Statoren ^t₁ und A₂ bestehen, die auf je einem für hohe Frequenzen geeigneten Eisenkern 1 und 1' Wicklungen 2 und 2' mit gleichmäßiger Windungsverteilung besitzen. Zwei' Paar Eingangsklemmen 10 und 11 bzw. 12 und 13 sind zu den Statorwicklungen 2 und 2' geführt, wobei die Klemmen des erstgenannten Paares mit zwei Punkten an einer horizontalen Durchmesserlinie der Wicklung 2 verbunden sind und die Klemmen des letzteren Paares mit zwei Punkten verbunden sind, die auf einem vertikalen Durchmesser der Wicklung 2' liegen. Der Rotor B ist drehbar zwischen den Statoren A₁ und A₂ angeordnet und besteht aus einem Eisenkern 3 und einer Wicklung 4, die mit sinusförmiger Verteilung auf den genannten Kern gewickelt ist; von zwei gegenüberliegenden Punkten der Wicklung sind die Hauptausgangsklemmen 14 und 15 abgeleitet.

Die Arbeitsweise des in Abb. 3 gezeigten Beispiels ist ähnlich der des Beispiels der Abb. 2. Das in Abb. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel kann auch abgeändert werden in der Art, daß die Stator- und Rotorwicklungen 2, 2' und 4 mit gleichmäßiger Verteilung gewickelt werden oder daß die Statorwicklungen 2 und 2' mit annähernd sinusförmiger Verteilung gewickelt werden, während die Rotorwicklung4 dann mit gleichmäßiger Wicklung gewickelt wird. Weiterhin kann es unter Umständen zweckmäßig sein, den Rotordurchmesser größer als den Statordurchmesser zu machen.

Es sind weiterhin im Beispiel der Abb. 3 Hilfsausgangsklemmen 16 und 17 von Punkten abgenommen, die ungefähr um 90⁰ versetzt gegenüber den Punkten, die mit den Klemmen 14 und 15 verbunden sind, liegen, so daß sich eine Phasendifferenz von 90⁰ zwischen den Ausgangsspannungen an den Klemmen 16 und 17 einerseits und den Spannungen an den Klemmen 14 und 15 andererseits ergibt. Wenn man die Spannung zwischen den Klemmen 16 und 17 überlagert mit der Spannung, die in einer vertikalen Antenne erzeugt wird, so ergibt sich bekanntlich eine richtungseindeutige Peilung.

Bei der Ausführung der Erfindung können Wicklungen Anwendung finden, die in bekannter Weise in Schlitzen auf den genannten Ringkernen gewickelt werden. Bei einer derartigen Anordnung ist es

möglich, die Luftspalte zwischen Stator und Rotor besonders klein zu halten, was in weiterer Vergrößerung des Kopplungskoeffizienten resultiert.

Es sei darauf hingewiesen, daß die dargestellten Beispiele nur Ausführungsbeispiele sind, von deren speziellen Ausgestaltungen man unter Wahrung des Erfindungsgedankens auch abweichen kann.

Claims

Patentanspküche:

1. Hochfrequenzgoniometer, insbesondere Peilgoniometer, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der Stator als auch der Rotor aus je einer auf einem ringförmigen Eisenkern gewickelten endlosen Toroidspule bestehen.

2. Goniometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stator und Rotor in einer Ebene angeordnet sind.

3. Goniometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stator und Rotor in parallelen Ebenen angeordnet sind.

4. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Toroidspulen gleichmäßigen Wickelschritt besitzen.

5. Goniometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stator-Toroid-Spule gleichmäßigen, die Rotor-Toroid-Spule jedoch sinusförmigen oder annähernd sinusförmigen Wickelschritt besitzt.

6. Goniometer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorspule in zwei parallel zueinander angeordnete Toroidspulen hälftig aufgeteilt ist und die Rotorspule zwischen den beiden Statorspulen angeordnet ist.

7. Goniometer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorspule in zwei parallel zueinander angeordnete Toroidspulen von annähernd sinusförmigem Wickelschritt hälftig aufgeteilt ist und die zwischen denselben angeordnete Rotorspule gleichmäßigen Wickelschritt besitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 203 139, 700 505.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509658/140 2.56 (609 609 9.56)