DE1955697C3 - Induktiver Übertrager mit Übertragungssystemen aus umlaufenden und feststehenden Teilen - Google Patents
Induktiver Übertrager mit Übertragungssystemen aus umlaufenden und feststehenden TeilenInfo
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
- H01F38/18—Rotary transformers
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- Power Engineering (AREA)
- Near-Field Transmission Systems (AREA)
- Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Übertrager entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Übertrager sind bekannt z. B. aus den
US-Patentschriften Re 26 501 und 34 41 886. -to
Derartige Übertragungssysteme dienen zumeist zur Übertragung von elektrischer Leistung und elektrischen
Signalen von einem rotierenden zu einem feststehenden Teil einer Maschine und in umgekehrter Richtung. Sie
sind z. B. für viele Aufgaben bei der bürstenlosen Erregung von Synchronmaschinen erforderlich.
Die bekannten Lösungen verwenden zwei konzentrisch angeordnete Ringspulen, von denen die eine auf
dem rotierenden Teil angeordnet ist. Zur Führung des magnetischen Flusses sind dann zumeist geblechte, Ά
magnetisch gut leitende Jochkörper vorgesehen.
Bei Signalübertragern durchsetzen magnetische Fremdfelder, die besonders in elektrischen Maschinen
auftreten, die Ringspulen und führen somit zu empfindlichen Störungen. Deshalb ist bei den bekannten
Übertragern eine Abschirmung aus magnetisch und/oder elektrisch leitenden Werkstoffen vorgesehen,
was auch zu einer Erhöhung der Baulänge der Übertrager führt. Bei Verwendung mehrerer Übertragungssysteme nebeneinander auf einer Welle umfaßt
der PIuQ des einen Übertragungssystems sonst auch die Ringspulen des benachbarten und induziert in ihnen eine
störende Spannung. Dadurch ist die einwandfreie Übertragung nicht mehr gewährleistet. Bei Leistungsübertragern schließt sich der Wechselfluß nicht nur über M
die dazu vorgesehenen Jochkörperteile, sondern auch über benachbarte Lager- und Maschinenteile. Dieser
Wechselfluß kann zu erheblichen Beeinträchtigungen
faßt sind.
5. Induktiver Übertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei nur aus
einem Teilsystem bestehenden Übertragungssystemen die axial direkt nebeneinanderliegenden Teilwicklungen (12) zweier Übertragungssysteme
gleichsinnig vom Strom durchflossen sind.
6. Induktiver Übertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Verbindung aller Jochringe (4,6) jeweils gmeinsame, über den Umfang verteilte Rückenjochstücke (8)
vorgesehen sind.
7. Induktiver Übertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Jochringen (4,6)
Löcher in axialer Richtung vorgesehen sind, in denen die Rückenjochstücke (8) befestigt sind.
8. Induktiver Übertrager nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem rotierenden
Teil radial innerhalb der Rückenjochstücke (8) zwischen den Jochringen (4, 6) distanzhaltende
Jochbandringe (9) angeordnet sind.
9. Induktiver Übertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die
rotierenden bzw. feststehenden !ochringe (4, 6) gegenüber den ihnen radial gegenüberliegenden
zugeordneten Jochringen (4, 6) eine entsprechend dem axialen Spiel des rotierenden Teils größere
axiale Breite vorgesehen ist.
10. Induktiver Übertrager nach einem der Ansprüche 1 bis 9. dadurch gekennzeichnet, daß eine
Abstützung des feststehenden Teils über Lager auf dem rotierenden Teil vorgesehen ist.
führen. Wird bei einem Leistungsübertrager eine Gleichrichtermittelpunktschaltung verwendet, so entsteht zusätzlich noch ein Glej-hfluß, der andere
Maschinenteile, besonders die Lager, stark gefährdet.
Die Erfindung hat die Aufgabe, die Übertragungssysteme eines induktiven Übertragers so auszubilden, daß
deren insbesondere gegenseitiges Störverhalten auf ein Minimum gebracht wird, ohne daß auch Abschirmungen
zwischen ihnen nötig sind, und damit auch einen kompakten, d. h. kurzen, gedrungenen Aufbau eines
Übertragers zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei einem induktiven Übertrager der eingangs genannten Art gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I. So schließt sich der
magnetische Fluß einmal um das erste einander gegenüberliegende Paar der Teilwicklungen und in
entgegengesetzter Richtung um das zweite. In der Mitte zwischen den Teilwicklungen addieren sich die beiden
Flüsse und werden durch den dafür vorgesehenen koaxialen Jochring geführt. Durch diese Aufteilung der
Wicklungen ist der Fremdfeldeinfluß ausgeschaltet. Der umfassende Fremdfluß induziert nämlich in beiden
Teilwicklungen die gleiche Spannung, die jedoch entgegengesetzt gerichtet ist und sich somit aufhebt.
Der Gleichfluß bei Leistungsübertragern wird in zwei Teile aufgeteilt, so daß eine Aufmagnetisierung der
Wellen verhindert wird. Ebenso ist eine störende Beeinflussung durch den Wechselfluß vermieden. Die
Maßnahme gemäß der Erfindung ist allerdings nur dann völlig wirksam, wenn der magnetische Leitwert jedes
einzelnen Kreises eines Übertragungssystems gleich ist, d.h., die Luftspalte müssen die gleiche Breite
aufweisen, und es muß der magnetische Leitwert der
Jochkörper ebenfalls gleich sein.
Wird nur jeweils ein Teilsystem als Übertragungssystem
verwendet, so ist es zweckmäßig, axial außen neben den beiden Teilwicklungen an den Enden des
Gesamtsystems jeweils einen weiteren Jochring zur Rückführung des Magnetflusses anzuordnen. Die sonst
zur Rückführung notwendigen Jochringe zwischen den nebeneinanderlegenden Übertragungssystemen können
entfallen, weil der Magnetfluß durch den Jochring des jeweiligen benachbarten Übertragungssystems
zurückgeführt ist. Eine Zusammenschachtelung von mehreren Übertragungssystemen ist vorteilhaft möglich.
Bei der Verwendung mehrerer untereinander gekoppelter, aus nur einem Teilsystem bestehender
Übertragungssysteme sind die axial nebeneinanderliegenden Teilwicklungen zweier Übertragungssysteme
zweckmäßig gleichsinnig von Strom durchflossen. Die axial direkt benachbarten Teilwicklungen zweier Übertragungssysteme
können vorteilhaft auf einem gemeinsamen Spulenkörper angeordnet sein. Diese Art des
Übertragers eignet sich besonders als Leistur.gsübertrager mit verketteten Phasen. Damit ist der Aufwand bei η
Übertragungssystemen trotz der Aufteilung der Ringspulen in zwei Teilwicklungen sogar geringer als bei den
bekannten Ausführungen, denn es werden somit nur noch π + 1 Teilwicklungen und η + 2 Jochringe
gegenüber bisher η Ringspulen und 2 π Jochringen benötigt
Besonders vorteilhaft für Leistungs- und Signalübertrager
lassen sich zwei axial nebeneinanderliegende Teilsysteme zu einem Übertragungssystem zusammenfügen.
Die axial nebeneinanderliegenden Teilwicklungen zweier Teilsysteme eines Übertragungssystems, die
ohnehin ja gleichsinnig vom Strom durchflossen werden, werden in weiterer Ausbildung der Erfindung
vorteilhaft zu einer Spule doppelter Windungszahl zusammengefaßt. Damit können die sonst notwendigen
weiteren Jochringe zur Rückführung des Magnetflusses an den be.Jen axialen Enden eines Teilsystems und
damit auch des Übertragers entfallen, weil der Magnetfluß durch den entsprechenden Jochring des
jeweiligen benachbarten Teilsystems zurückgeführt wird. Dadurch läßt sich die Baulänge erheblich
verkürzen. Eine Zusammenschachtelung von mehreren Übertragungssystemen nach der aufgezeigten Art ist
hier ebenfalls vorteilhaft möglich. Die direkt axial nebeneinanderliegenden Teilwicklungen zweier Übertragungssysteme
sind auch hier auf einem Spulenkörper angeordnet. Bei η Überlagern auf einer Welle sind also
2 η + I Teilwicklungen und 2 η Jochringe vonnöten. Dabei sind der Gleichflui3 und der Wechselfluß durch
die Welle kompensiert. Die Fremdfeldempfindlichkeit ist nahezu aufgehoben, und es tritt keine gegenseitige
Beeinflussung aul.
Der mechanische Aufbau dieser Übertragungssysteme erlaubt einen Einbau in große Maschinen. Eine
radiale Verlagerung der Welle, die also zu einem statisch ungleichmäßig breiten Luftspalt führt, ist ohne
Einfluß. Ebenfalls ist der Unrundlauf, also eine dynamische Exzentrizität, ohne Bedeutung. Vorausgesetzt
ist allerdings hierbei, daß die örtlichen Induktionserhöhungen nicht zur Sättigungserscheinung führen.
Eine axiale Verschiebung der Welle führt dazu, daß die Breite des Luftspultes sich ändert. Auch hier kann eine
Abhilfe geschaffen werden, indem man einen Teil um jeweils den auftretende Wert einer axialen Verschiebung
breiter macht. Dadurch bleibt die Größe der
Luftspaltfläche erhalten. Schwierigkeiten bereiten allerdings Verkantungen des Übertragers, d. h, wenn keine
Achsparallelität sichergestellt werden kann. In diesem Fall kann es bei dem Aufbau mehrerer Übertrager auf
einer Welle zu Störungen kommen. Allgemein wird aber verlangt, daß der Luftspalt des Übertragers etwa der
Größe des Luftspaltes der Maschine entspricht, da bei diesen großen Werten eine geringe Unparallelität der
Wellen wohl kaum von Einfluß ist. Soll auch diese Störung vermieden werden, so kann dadurch, daß die
außen ruhenden Jochkörper sich über Lager auf dem rotierenden Teil abstützen, jeder radialen und axialen
Bewegung gefolgt werden. Durch diese Ausführung ist es zulässig, die Weite des Luftspaltes wesentlich auch
bei einem Zusammenbau mit großen Maschinen zu verringern. Gleichzeitig hat diese Ausführung den
Vorteil, daß eine Kapselung zur Vermeidung von Verunreinigungen durch die Kühlluft ohne Schwierigkeiten
möplich isi. Eine Beschädigung bei dem Ein- bzw.
Ausbau von Maschinen kann auf J;ese Weise leicht
vermieden werden.
Je nach den verwendeten Frequenzen und den zulässigen Wirbelstrom- und Hystereseverlusten sind
die Werkstoffe der den Magnetfluß führenden Teile auszuwählen. Gegebenenfalls ist eine Blechung vorzunehmen.
Eine Blechung muß möglichst im Feldlinienverlauf ausgeführt werden. Das läßt sich jedoch nur sehr
schwer realisieren. Aus diesem Grunde ist eine Kombination von geblechtem und ungeblechtem
Material von Vorteil, da sich in diesem Fall die Feldlinien nicht quer zur Blechebene bewegen müssen.
Erfolgt die Blechung in jeweils verschiedenen Ebenen, so kann vorteilhaft, um einen möglichst guten
magnetischen Kontakt zu erreichen, die Federwirkung des Materials ausgenutzt bzw. durch Einschieben von
gewellten Blechfedern noch erhöht werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgender näher
beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Teilsystems,
•r i g. 2 ein Übertragungssystem, das aus einem
Teilsystem besteht,
F i g. 3 einen Übertrager mit drei Übertrcgungssystemen,
die jeweils aus einem Teilsystem bestehen,
F i g. 4 ein Übertragungssystem, das aui zwei Teilsystemen besteht,
Fi g. 5 einen Übertrager mit drei Übertragungssystemen,
die jeweils aus zwei Teilsystemen bestehen,
Fi g. 6 eine konstruktive Ausgestaltung des rotierenden
Teils eines Übertragungssystems mit zwei Teilsystemen und
F i g. 7 einen senkrechten Schnitt durch die Ausgestaltung des Übertragungssystems entsprechend der F i g. 6.
Der prinzipielle Aufbau eines Teilsystems besteht gemäß Fig. I aI1S zwei primärseitigen, ruhenden
Teilwicklungen 11 und 12 und zwei umlaufenden, den primärseitigen Teilwicklungen 11 und 12 radial gegenüberliegenden
sekundärseitigen Teilwicklungen 21 und 22, wobei alle Teilwicklungen die Rotationsachse
umschließpn. Die primärseitigen Teilwicklungen 11, 12 und die sekundärseitigen Teilwicklungen 21,22 besitzen
jeweils gleiche Durchmesser, Windimgszahlen und Leiterquerschnitte, sind jeweils elektrisch gegeneinandergeschaltet
und schließen jeweils einen koaxialen Jochring 6 zur Führung des zwischen ihnen fließenden
Magnetflusses zwischen sich ein.
Das Übertragungssystem, das in der Fig.2 dargestellt
ist, besteht aus einem Teilsystem, welches gemäß
der Erfindung primärseitig aus den beiden Teilwicklungen
Il und 12 und sekundärseitig auf dem rotierenden Teil aus den beiden Teilwicklungen 21 und 22 besteht.
Dabei sind die Teilwicklungen 11 bzw. 21 jeweils elektrisch den Teilwicklungen 12 bzw. 22 entgegengeschaltet,
was primärseitig durch die entsprechenden Symbole für die Stromrichtung innerhalb der einzelnen
Teilwicklungen (11,12) angedeutet ist. Der magnetische
Fluß ist durch die Pfeile 3 gekennzeichnet. Er umschließt das linke Teilsystem im entgegengesetzten Sinn zum in
rechten, so daß sich im mittleren lochring 6 aus magnetisch gut leitendem Werkstoff die Flüsse, die
durch die beiden Teilwicklungen 11, 12 hervorgerufen
werden, addieren. Dagegen hebt sich wegen der elektrischen Gegeneinandcrschaltung der einander
gleichen Teilwicklungen 11 und 12 bzw. 21 und 22 eine
durch magnetische Fremdfelder, die durch sie hindurchtrclcri,
induzierte Spannung auf. Die Rückführung des
Magnetflusses ist durch die äußeren Jochringe 4 gewährleistet.
In der Fig. 3 sind drei aus jeweils einem Teilsystem
bestehende Übertragungssysteme 51, 52 und 53 zu einem Übertrager, z. B. für dreiphasig verkettete
Leistungen, zusammengefügt. Die einzelnen Teilsysteme bestehen wieder jeweils aus den elektrisch :ϊ
gegeneinandergeschalteten primärseitigen Teilwicklungen 11 und 12 bzw. sekundärseitigen Teilwicklungen 21
und 22. Die Übertragungssysteme 51,52,53 sind hierbei
so aneinandergefügt, daß die aneinandergrenzenden Teilwicklungen zweier Übertragungssysteme jeweils in
gleichsinnig vom Strom durchflossen sind (z. B. die Teilwicklungen 12 der Übertragungssysteme 51 und 52).
Diese einander benachbarten Teilwicklungen sind jeweils auf einem gemeinsamen Spulenkörper 14
untergebracht. Es fehlen also die Jochringe an den H genannten Stellen, an denen die Übertragungssysteme
aneinandergrenzen, weil der Magnetfluß 3 sich jeweils über den jeweiligen Jochring 6 des benachbarten
Systems schließen kann. Dadurch ist die Baulänge gering. Axial außen neben den beiden Teilwicklungen w
am Ende des Übertragers (11, 21 des Übertragungssystems 51 und 12, 22 des Übertragungssystems 53) ist
jeweils ein weiterer Jochring 4 zur Rückführung des magnetischen Flusses an dieser Stelle vorgesehen.
Verwendet man zwei elektrisch gegensinnig aneinandergeschaltete Teilsysteme, so können die äußeren
Jochringe fortfallen, wie es in Fig.4 dargestellt ist. Die Führung des magnetischen Flusses erfolgt nunmehr
über die Jochringe 6 der beiden Teilsysteme. Die beiden direkt nebeneinanderliegenden Teilwicklungen 12 bzw.
22 der beiden Teilsysteme sind elektrisch so geschaltet, daß sie gleichsinnig vom Strom durchflossen sind. Sie
können deshalb durch eine einzige Spule doppelter Windungszahl ersetzt werden.
In der F i g. 5 ist die Aneinanderfügung von drei Übertragungssystemen 71, 72, 73, die jeweils aus zwei
Einzelsystemen bestehen, aufgezeigt. Für den Fall, daß die Teilwicklungen des Übertragungssystems 72 in
umgekehrter Folge wie die der Übertragungssysteme 71 und 73 vom Strom durchflossen sind, ist jeder
magnetische Fluß 3 eines Übertragungssystems von den anderen unbeeinflußt, so daß hier der ideale, von
Fremdfeldeinflüssen ungestörte Leistungs- und Signalübertrager vorliegt.
Die F i g. 6 und 7 zeigen den Rotorteil eines aus zwei
Spule 22 ist die Zusammenfassung der zwei aneinandergrenzenden
Teilwicklungen des linken und des rechten Teilsystems. Der magnetische Fluß wird mittels der
magnetisch gut leitenden, über den Umfang verteilten Rückenjochstücke 8 zwischen den Jochringen 6 geführt.
Bei mehreren Übertragungssystemen können die Rückenjochstücke sich in der Länge über den gesamten
Übertrager erstrecken und so stückweise der Führung des Magr otflusses zwischen jeweils zwei Jochringen
dienen. Zur besseren Verankerung sind in den Jochringen 6 Löcher in axialer Richtung vorgesehen, in
denen die Rückenjochstücke 8 befestigt sind. Die Löcher können sich im Querschnitt in der Hauptrichtung
radial, tangential oder quer erstrecken.
Um ein Verschieben der Rückenjochstücke 8 zu verhindern, sind die distanzhaltenden Joch-Bandringe 9
angeordnet. Damit die Rückenjochstücke 8 auch mit ihrer breiten Seite gut an den Jochringen 6 (bzw. 4)
anliegen, ist es bei geblechten Ausführungen zweckmäßig, die natürliche Welligkeit einzelner Blechstreifen
künstlich zu erhöhen, um somit die Federwirkung zu verstärken. Um die Rückenjochstücke 8 zu einem
eventuellen Verkleben in ihre betriebsmäßige Lage zu bringen, sind Anordnungen, wie z. B. der Keil 10
vorgesehen, die die Rückenjochstücke 8 nach außer drücken und nach dem Verkleben entfernt werden.
Um Störungen durch das axiale Spiel des umlaufenden gegenüber dem feststehenden Teil zu vermeiden, isi
gemäß F i g. 2 der rotierende Teil um das entsprechende Spiel axial langer als der feststehende ausgeführt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Induktiver Übertrager mit einem oder mehreren, mit gemeinsamer Achse axial nebeneinanderliegenden,
aus einem umlaufenden und einem feststehenden Teil bestehenden, induktiven Übertragungssystemen, dadurch gekennzeichnet, daß
jedes Übertragungssystem (51—53; 71—73) entweder aus einem Teilsystem allein oder aus zwei
elektrisch gegensinnig aneinandergeschalteten Teilsystemen gebildet ist und bei jedem Teilsystem
primär- und sekundärseitig jeweils zwei die Rotationsachse umschließende, magnetisch zueinander
antiparallele Teilwicklungen (11,12; 21, 22) gleicher
Durchmesser, Windungszahlen und Leiterquer- is schnitte mit jeweils einem dazwischenliegenden
koaxialen Jochring (6) zur Führung des magnetischen Flusses zwischen den Teilwicklungen (11, 12;
21,22) angeordnet sind.
2. Induktiver Übertrager nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die axial direkt
nebeneinanderliegenden Teilwicklungen (12 bzw. 22) zweier Übertragungssysteme auf einem gemeinsamen Spulenkörper (14) angeordnet sind.
3. Induktiver Übertrager nach Anspruch 1 oder 2, 2s dadurch gekennzeichnet, daß axial außen neben den
beiden Teilwicklungen an den Enden des Übertragers jeweils ein weiterer Jochring (4) angeordnet ist.
4. Induktiver Übertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei aus zwei Teilsystemen gebildeten Übertragungssystemen die axial
direkt nebeneinanderliegenden Teilwicklungen gleichsinnig vom Strum dur-w-hfiossen sind und zu
einer Spule doppelter Windungszahl zusammenge-
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691955697 DE1955697C3 (de) | 1969-11-01 | 1969-11-01 | Induktiver Übertrager mit Übertragungssystemen aus umlaufenden und feststehenden Teilen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19691955697 DE1955697C3 (de) | 1969-11-01 | 1969-11-01 | Induktiver Übertrager mit Übertragungssystemen aus umlaufenden und feststehenden Teilen |
Publications (3)
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DE1955697A1 DE1955697A1 (de) | 1971-05-13 |
DE1955697B2 DE1955697B2 (de) | 1978-03-02 |
DE1955697C3 true DE1955697C3 (de) | 1978-11-02 |
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ID=5750210
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19691955697 Expired DE1955697C3 (de) | 1969-11-01 | 1969-11-01 | Induktiver Übertrager mit Übertragungssystemen aus umlaufenden und feststehenden Teilen |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE1955697C3 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6420842B1 (en) | 2000-01-11 | 2002-07-16 | American Superconductor Corporation | Exciter and electronic regulator for rotating machinery |
WO2001058005A2 (en) * | 2000-01-11 | 2001-08-09 | American Superconductor Corporation | Exciter assembly telemetry |
-
1969
- 1969-11-01 DE DE19691955697 patent/DE1955697C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE1955697B2 (de) | 1978-03-02 |
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Legal Events
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EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |