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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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Electromechanical device for the transmission of an alternating current signal
The invention relates to an electromechanical device for the transmission of an alternating current signal, the phase of which can be changed as a function of the angular position of a ferromagnetic member (rotor), the angle of which is adjustable around the axis of a stator, which stator is provided with a polyphase excitation winding consisting of a number of phase windings is formed, which are angularly spaced around the adjustable member and generate magnetic fields that intersect the adjustable member, whereby an angular adjustment of this member about the stator axis causes changes in the resistance of the circuit of the magnetic flux of the excitation windings in a cyclical sequence. Various methods are known for picking up signals from such a system.
It is also known to energize the stator with polyphase alternating current.
The device according to the invention is characterized in that the excitation windings are connected to a multi-phase alternating current supply circuit which has a star point, and that the output of the device is connected between a common terminal of the excitation windings and the star point of the supply, whereby the required signal is directly from the stator winding and the AC power supply can be removed. The advantages of the device according to the invention are that an output signal, the phase position of which depends on the angular position of the ferromagnetic member, is obtained in a more direct way than was previously possible without the need for further windings in addition to the polyphase excitation winding of the stator.
The magnetic part can have a number of poles that corresponds to the number of phases or an integral multiple of this number. To simplify the description, a four-pole, four-phase machine is described.
In the drawing, FIG. 1 shows a schematic representation of a transmitter according to the invention. FIG. 2 shows schematically the use of the transmitter in a control system of a machine. Figures 3 and 4 show schematic front and side views of a modified device which communicates electrical information corresponding to both radial displacements and angular changes.
The machine shown in FIG. 1 shows a four-pole stationary magnet or stator 1 and four similar excitation windings 2, which are arranged at equal intervals around the machine axis.
The machine has a winding-free rotor 3 which is designed to be magnetically eccentric and thus to act as an eccentric inductor. This rotor or inductor has the task of changing the magnetic reductance of the magnetic currents of the windings 2 in a cyclic sequence, according to the rotation of the rotor. To achieve the best efficiency and accuracy, the machine is preferably designed so that the rotation of the rotor causes sinusoidal changes in the resistances of the windings 2.
The machine is star-connected to the four line terminals Ll, L2, L3 and L4 of a four-phase connection; so that due to the magnetic eccentricity of the rotor, a difference in the alternating current potential, which forms the output of the machine, appears between the common connection point 5 of the star windings 2 and the star point N of the connection. Is the machine capable. the above loading! To produce sinusoidal changes in the resistance of the windings as described, the output signal will have a constant amplitude, but its electrical phase angle relative to a selected phase of the terminal will be directly proportional to the angular rotation of the rotor 3.
The machine
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can thus be used for any purpose for which a sound wave, drive pulley or a
Button is required to adjust the phase of a connection or for the purpose of power control using thyratron or ignitrons. The machine can also be used as a monitoring element for switching back or feeding a signal which is determined by the movement of a regulated element of the machine for a phase comparator. An exemplary embodiment is shown in FIG. With
6 denotes the drive shaft for a tool feed or side straightening mechanism. The drive shaft 6 is mechanically coupled to the rotor 3 of a control transmitter designed in accordance with Mg.
The four excitation windings 2 of the transmitter are fed with symmetrical four-phase current via a phase splitter 7. The phase splitter 7 is from a comparison current source 9 via a
Amplifier 8 supplied with single-phase alternating current. The drive shaft is actuated by a servo motor 10 which is driven by a servo amplifier 11. The drive takes place under the control of a phase comparator 12, one phase of which is fed from the point 5 common to all four excitation windings 2 and the other phase of which is fed via the amplifier 13 connected to a control current source 14. The
Control current source 14 generates a pulse, the frequency of which corresponds to that of the reference current source, but the magnitude of the phase shift depends on the required speed of the drive shaft 6.
When operating a control system shown in FIG. 2, the output signal, which is at the common
Point 5 of the transmitter occurs. has a phase angle which changes in direct proportion to the angular rotation or angular speed of the rotor 3, as was explained with reference to FIG. Of the
The phase comparator 12 therefore generates an output signal that depends on the difference between the actual angular position of the drive shaft 6 and that position which is determined by the current phase at the control current source 14.
The servo amplifier 11 drives the servo motor 10 in order to reduce the
Difference suitable direction. The gain of the amplifier 11 is such that the resulting difference between the actual angular position of the shaft 6 and that set by the current phase at 14 approaches zero. By continuously increasing or decreasing the phase of the control signal at 14, relative to the reference phase at 9, the shaft 6 can assume any desired speed.
Although no stator is shown in FIG. 2, it goes without saying that the excitation windings 2 shown in this figure are actually wound over a stator like that shown in FIG
Stator corresponds.
FIGS. 3 and 4 show a variant which is adapted for the transmission of displays, which takes into account both angular and radial adjustments. In this variant is a stator 1 with
Developed windings 2 of the type described above. The eccentric rotor 3 is, however, replaced by an inductor in the form of a ferromagnetic mass 17 which is attached to a rod 18. This rod is resiliently anchored to a support 19 at one end and is provided with a head 20 at the other end, whereby the rod 18 can be deflected in order in this way to the bearings of the inductor 17 in every direction transverse to the axis of the stator to change.
The electrical output obtained from the device shown in FIGS. 3 and 4 depends on both the direction and the amount of angle that the inductor 17 has been displaced by deflection of the rod 18. If the connection points x and y of opposing pairs of stator windings are connected in the manner shown in FIG. 4 in order to form a common connection point similar to connection point 5 in FIGS. 1 and 2, the output signal exhibits a phase shift, by the angular direction of the physical displacement of the inductor and a
Amplitude determined by the amount of physical displacement.
The transmitter shown in FIGS. 3 and 4 is particularly used as a device for determining the sense of direction for regulating the working process of copier machines. For this purpose, the head 20 is coupled to the surface of a model or a gauge. The deflection of the rod 18 by the coupling of the head 20 to the surface of the model or template causes the transmitter to generate signals which can be used to control the movement of a transversely moved mechanism coupled to the transmitter. In an analogous manner, the device can also be used to copy the outline of a model or a gauge, e.g. As described in British Patent No. 770,645.
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