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Elektromechanische Vorrichtung zur Übertragung eines Wechselstromsignals
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Vorrichtung zur Übertragung eines Wechselstromsignals, dessen Phase in Abhängigkeit von der Winkellage eines ferromagnetischen Gliedes (Rotor) veränderbar ist, das um die Achse eines Stators winkelverstellbar ist, welcher Stator mit einer mehrphasigen Erregerwicklung versehen ist, die aus einer Anzahl Phasenwicklungen gebildet ist, welche im Winkelabstand rund um das verstellbare Glied angeordnet sind und magnetische Felder erzeugen, die das verstellbare Glied schneiden, wodurch eine Winkelverstellung dieses Gliedes um die Statorachse Änderungen im Widerstand des Kreises des magnetischen Flusses der Erregerwicklungen in zyklischer Folge hervorruft. Es sind verschiedene Methoden bekannt, Signale von einem solchen System abzunehmen.
Es ist auch bekannt, den Stator mit mehrphasigem Wechselstrom zu erregen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerwicklungen mit einem mehrphasigen Wechselstrom-Speisekreis verbunden sind, der einen Sternpunkt aufweist, und dass der Ausgang der Vorrichtung zwischen eine gemeinsame Klemme der Erregerwicklungen und den Sternpunkt der Speisung geschaltet ist, wodurch das erforderliche Signal direkt von der Statorwicklung und der Wechsel- strom-Leistungsspeisung abnehmbar ist. Die Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung bestehen darin, dass ein Ausgangssignal, dessen Phasenlage von der Winkellage des ferromagnetischen Gliedes abhängt auf direkterem Wege als dies bisher möglich war, erhalten wird, ohne dass zusätzlich zur mehrphasigen Erregerwicklung des Stators weitere Wicklungen erforderlich wären.
Der magnetische Teil kann eine der Phasenanzahl oder einem ganzzahligen Vielfachen dieser Anzahl entsprechende Polzahl aufweisen. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird eine vierpolige, VierPhasenmaschine beschrieben.
In der Zeichnung stellt Fig. l eine schematische Wiedergabe eines erfindungsgemässen Transmitters dar. Fig. 2 zeigt schematisch die Anwendung des Transmitters in einem Regelsystem einer Maschine. Die Fig. 3 und 4 stellen eine schematische Vorder- und Seitenansicht einer modifizierten Vorrichtung dar, die elektrische Informationen weitergibt, die sowohl radialen Verschiebungen als auch Winkelànderungen entsprechen.
Die in Fig. l dargestellte Maschine zeigt einen vier-poligen feststehenden Magnet oder Stator 1 und vier in gleichen Abständen rund um die Maschinenachse angeordnete, gleichartige Erregerwicklungen 2.
Die Maschine hat einen wicklungsfreien Rotor 3, der so ausgebildet ist, dass er magnetisch exzentrisch ist und solcherart als ein exzentrischer Induktor wirkt. Dieser Rotor bzw. Induktor hat die Aufgabe die magnetische Reduktanz der magnetischen Ströme der Wicklungen 2 in zyklischer Reihenfolge, entsprechend der Drehung des Rotors zu verändern. Zur Erzielung der besten Wirkungsweise und Genauigkeit ist die Maschine vorzugsweise so entworfen, dass die Drehung des Rotors sinusförmige Veränderungen in den Widerständen der Wicklungen 2 hervorruft.
Die Maschine ist im Stern an die vier Leitungsklemmen Ll, L2, L3 und L4 eines vier -Phasenanschlusses geschaltet ; so dass infolge der magnetsichen Exzentrizität des Rotors eine Differenz des Wechselstrompotentials, die den Ausgang der Maschine bildet, zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt 5 der Sternwicklungen 2 und dem Sternpunkt N des Anschlusses aufscheint. Ist die Maschine imstande. die oben be- ! chriebenen sinusförmigen Änderungen im Widerstand der Wicklungen hervorzubringen, so wird das Ausgangssignal eine konstante Amplitude aufweisen, aber sein elektrischer Phasenwinkel relativ zu einer ausgesuchten Phase des Anschlusses wird direkt proportional zur Winkeldrehung des Rotors 3 sein.
Die Maschine
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kann solcherart für jeden Zweck angewendet werden, für welchen eine Schallwelle, Triebscheibe oder ein
Knopf benötigt wird, um die Phase eines Anschlusses anzugleichen oder zum Zweck der Leistungsregelung mittels Thyratrons oderIgnitrons. Die Maschine kann auch als Überwachungselement für die Rückschaltung bzw. -speisung eines Signals verwendet werden, welches durch die Bewegung eines geregelten Elementes der Maschine für eine Phasenkomparator bestimmt ist. Ein Ausführungsbeispiel wird in Fig. 2 gezeigt. Mit
6 ist die Triebwelle für einen Werkzeugvorschub- oder Seitenrichtmechanismus bezeichnet. Die Trieb- welle 6 ist mechanisch mit dem Rotor 3 eines entsprechend der Mg. l ausgeführten Kontrolltransmitters gekuppelt.
Die vier Erregerwicklungen 2 des Transmitters werden über einen Phasenteiler 7 mit symme- trischem Vier-Phasenstrom gespeist. Der Phasenteiler 7 wird von einer Vergleichsstromquelle 9 über einen
Verstärker 8 mit Einphasenwechselstrom versorgt. Die Triebwelle wird durch einen Servomotor 10 betätigt, der durch einen Servoverstärker 11 angetrieben wird. Der Antrieb erfolgt unter der Kontrolle eines Phasen- komparators 12, dessen eine Phase von dem allen vier Erregerwicklungen 2 gemeinsamen Punkt 5 und dessen andere Phase über den an eine Regel-Stromquelle 14 geschalteten Verstärker 13 gespeist wird. Die
Regelstromquelle 14 erzeugt einenimpuls, dessen Frequenz mit jener der Vergleichsstromquelle überein- stimmt, wobei aber die Grösse der Phasenverschiebung von der erforderlichen Drehzahl der Triebwelle 6 abhängt.
Beim Betrieb eines in Fig. 2 gezeigten Regelsystems weist das Ausgangssignal, das am gemeinsamen
Punkt 5 des Transmitters auftritt. einen Phasenwinkel auf, der sich direkt proportional zur Winkeldrehung bzw. Winkelgeschwindigkeit des Rotors 3 ändert, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 erklärt wurde. Der
Phasenkomparator 12 erzeugt daher ein Ausgangssignal das von der Differenz zwischen der tatsächlichen Winkelstellung der Triebwelle 6 und jener Stellung abhängt, die durch die Stromphase an der Regelstrom- quelle 14 festgelegt ist.
Der Servoverstärker 11 treibt den Servomotor 10 in der für die Verminderung der
Differenz geeignetenRichtung. Die Verstärkung des Verstärkers 11 ist derart, dass die resultierende Diffe- renz zwischen der tatsächlichen Winkelstellung der Welle 6 und jener durch die Stromphase bei 14 fest- gesetzten, gegen Null geht. Durch kontinuierliche Vergrösserung oder Verkleinerung der Phase des Kon- trollsignals bei 14, relativ zur Bezugsphase bei 9, kann die Welle 6 jede gewünschte Drehzahl annehmen.
Obwohl in der Fig. 2 kein Stator gezeigt ist, ist es selbstverständlich, dass die in dieser Figur darge- stellten Erregerwicklungen 2 tatsächlich über einen Stator gewunden sind, der dem in Fig. 1 gezeigten
Stator entspricht.
Die Fig. 3 und 4 stellen eine Variante dar, die zur Übertragung von Anzeigen adaptiert ist, die so- wohl winkelförmige als auch radiale Verstellungen berücksichtigt. In dieser Variante ist ein Stator 1 mit
Wicklungen 2 der vorbeschriebenenArt ausgestaltet. Der exzentrische Rotor 3 wird aberdurch eineninduk- tor in Form einer ferromagnetischen Masse 17 ersetzt, die an einem Stab 18 befestigt ist. Dieser Stab ist an einem Ende federnd an einem Auflager 19 verankert und am andern Ende mit einem Kopf 20 versehen, wodurch der Stab 18 abgelenkt werden kann, um auf diese Weise die Lager des Induktors 17 in jeder Rich- tung quer zur Achse des Stators zu ändern.
Der elektrische Ausgang, den man von der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Vorrichtung erhält, hängt sowohl von der Richtung als auch vom Betrag des Winkels ab, um den der Induktor 17 durch Ablenkung des Stabes 18 verschoben wurde. Wenn die Verbindungsstellen x und y gegenüberliegender Paare von Sta- torwicklungen in der in Fig. 4 gezeigten Art verbunden werden, um einen gemeinsamen Verbindungspunkt ähnlich dem Verbindungspunkt 5 der Fig. 1 und 2 zu bilden, so weist das Ausgangssignal eine Phasenver- schiebung auf, die durch die Winkelrichtung der physikalischen Verschiebung des Induktors und eine
Amplitude die durch den Betrag der physikalischen Verschiebung bestimmt sind.
Der in den Fig. 3 und 4 gezeigte Transmitter ist besonders als Vorrichtung zur Bestimmung des Rich- tungssinnes zur Regelung des Arbeitsvorganges von Kopierm aschinen gebräuchlich. Es wird zu diesem Zwecke der Kopf 20 mit der Oberfläche eines Modells oder einer Lehre gekoppelt. Die Ablenkung des Stabes 18 durch die Kupplung des Kopfes 20 mit der Oberfläche des Modells oder der Lehre bewirkt, dass der Trans- mitter Signale erzeugt, die dazu benutzt werden können, die Bewegung eines mit dem Transmitter ge- kuppelten, querbewegten Mechanismus zu regeln. In analoger Weise kann die Vorrichtung auch zum Ko- pieren des Umrisses eines Modells oder einer Lehre verwendet werden, z. B. wie dies in der brit. Patent- schrift Nr. 770, 645 beschrieben ist.
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