DE2311101A1 - Tachogenerator - Google Patents

Description

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An aas

Deutsche Patentamt . .

8 München 2 Zweibrückenstr. ΛΖ

Ihr Zeichen Ihr Schreiben Mein Zeichen Tog *ni-,t

S 108 6. 3. 1973

Patentanmeldung
Anmelder: John Byrne, "Omega", 10 Saval Park

Gardens, DaIkey, County Dublin, Irland

Tachogenerator

Die Erfindung betrifft einen Tachogenerator derjenigen Art, bei welcher ein Wechselstromgenerator derart mit einer Gleichrichtereinrichtung verbunden ist, daß eine Einweggleichrichtung für die Ausgangsspannung erreicht ist.

Bisher ist es üblich gewesen, für solche Anwendungsfälle Gleichstrom-Tachogeneratoren mit einem Kommutator zu verwenden, bei welchen über einen weiten Geschwindigkeitsbereich eine Linearität der Ausgangsspannungs-Geschwindigkeits-Kennlinie erforderlich Nlst. Bei solchen Gleichstrom-Tachogeneratoren besteht jedoch die Gefahr, daß das Kommutator-Bürsten-Schaltsystem nicht einwandfrei arbeitet, in Gleichrichter-Wechselstrom-Tachogeneratoren sind daher Germanium- oder Silizium-Halbleiterdioden verwendet worden, in welchen der stromabhängige und temperaturabhängige Spannungsabfall in Durchlaßrichtung als Ursache dafür anzusprechen ist,

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FOr da« Auftrogtverhflltnii gilt die Gebührenordnung der Deutschen Patentonwoltskammer ■ Gerichtsstand für Leistung und Zahlung ι Darmitodt Gespräche am Fernsprecher haben keine rechtsverbindliche Wirkung! Brief vom 6. 5. 1975 Blut» 2 DIpl.-Ing. O. Sdilitbt

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daß die Ausgangsspannungs-Geschwindigkeits-Beziehung nicht linear ist. Dadurch haben solche Gleichrichter-Tachogeneratoren keine allgemeinere Anwendung gefunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Tachogenerator zu schaffen, dessen Ausgangsspannung der Drehgeschwindigkeit des Generator besonders exakt proportional und im wesentlichen von unerwünschten Welligkeitsanteilen frei ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Halbleiterelemente jeweils derart geschaltet sind, daß sie von einem Operationsverstärker der über eine Klemme der Wicklung gespeist ist, beaufschlagbar sind und daß weiterhin der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung bei jedem der Halbleiterelemente durch den Operationsverstärker kompensierbar ist.

Vorzugsweise ist der Wechselstromgenerator so ausgebildet, daß eine zyklische Wellenform mit abgeflachtem Dach für die Phasenspannung als .funktion der Zeit vorliegt. In der britischen Patentschrift 1 202 57i? ist ein Generator beschrieben, welcher dazu in der Lage ist, eine solche Wellenform zu erzeugen und welche sichweiterhin dadurch auszeichnet, daß der Generator einen Rotor aufweist, der ein Paar von Magnetpolen hat, daß weiterhin ein Stator vorgesehen ist, welcher eine gleichförmig verteilte Wicklung aufweist, um eine induzierte Spannung zu führen, daß weiterhin ein Paar von zueinander gegenüberliegend angeordneten abgeschirmten Zonen von im wesentlichen im Bereich von Hull liegender radialer Kraftflußdichte zwischen den Polen vorhanden ist, daß weiterhin auf der Wicklung äquidistant angeordnete Klemmen vorgesehen sind, und daß die Klemmen einen Winkelabstand untereinander aufweisen, welcher geringer ist

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als derjenige Winkelabstand, der durch jede der abgeschirmten Zonen festgelegt ist.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Operationsverstärker derart geschaltet sind, daß jeder als unsymmetrisches Eingangssignal die echte Phasenspannung des entsprechenden Wicklungsabgriffes empfängt und daß alle Operationsverstärker im linearen Modus arbeiten. In einer abgewandelten Ausführungsform eines solchen Tachogenerators mit einer geraden Anzahl von Thasen kann die Anordnung jedoch auch so getroffen sein, daß jeder Operationsverstärker eine Eingangsspannung empfängt, welche durch die Differenz der Spannungen von zwei einander diametral gegenüber liegenden Phasen des Stators festgelegt ist.

Die Mehrphasen-Gleichrichtereinrichtung kann so angeordnet sein, daß sie als künstlicher Neutralpunkt für den Generator dient.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. 1 eine erste Ausführungsform des Tachogenerators, in welcher die Operationsverstärker alle durch die echte Phasenspannung auf einen neutralen Pegel des Generators gebracht werden und

iig. 2 die zweite Ausführungsform des Tachogenerators, in welcher die Operationsverstärker alle durch die doppelte echte Phasenspannung auf den neutralen Pegel gebracht werden.

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Gemäß Fig. 1 trägt ein torosföruiiger ferromagnetischer Statorkern C eines Wechselstromgenerators eine geschlossene torosförmige Wicklung W von sehr gleichförmiger Windungsdichte. Die Wicklung W weist eine gerade Anzahl von äquidistanten Abgriffen 1 bis 6 auf, welche als Ausgangsklemmen dienen. Ein durch einen drehbaren Permanentmagneten M gebildeter Rotor und Kraftflußabschirmungen S mit hoher Permeabilität, die eine Winkelausdehnung θ aufweisen, welche den Winkelabstand der Wicklungsabgriffe 1, 2, 3 ··· um etwa 10 % überschreiten, bilden ein Feldsystem, welches eine hohe Kraftflußdichte im Luftspalt liefert, und zwar in dem Raum zwischen den benachbarten zylindrischen Flächen des ßotormagneten M unddes Statorkerns C. Diese Feldanordnung liefert weiterhin vernachlässigbare Kraftflußdichten im Luftspalt in dem Kaum zwischen den Abschirmungen S und der benachbarten zylindrischen Fläche des Statorkerns C.

Der Rotormagnet und die üraftflußaDschirmungen können in an sich bekannter Weise alternierend angeordnet sein, um dem in den Statorkern C eintretenden magnetischen Fluß anstatt einer radialen Richtung eine axiale Richtung zu verleihen.

Aufgrund der oben angegebenen Konstruktion der drehbaren Maschine weisen die Spannungen der Abgriffe 1 bis 6 in bezug auf die neutrale oder mittlere elektrische Spannung der Wicklung W eine zyklische Wellenform auf, welche sich durch flache oder plateau-ähnliche Dächer auszeichnet. Die Dauer entspricht dem Durchgang der Kraftflußabschirmungen S, und die Größe ist der Drehgeschwindigkeit des Magneten M direkt proportional.

Die Operationsverstärker A_x. bis A^ sind als integrierte Schaltung ausgebildet und sind jeweils mit externen Widerständen und

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Gleichrichterelementen in der Form von Dioden in einer an sich bekannten Anordnung aufgebaut, welche ein Gleichrichtersystem bildet, wie es üblicherweise dazu verwendet wird, um eine nahezu ideale Halbweggleichrichtung zu liefern. Sechs Eingangswiderstände R^ dienen zusätzlich dazu, um einen künstlichen, geerdeten, neutralen Punkt der torosförmigen

Wicklung/zu bilden. Dies wird dadurch erreicht, daß die negativen Eingangsklemmen N der Operationsverstärker im wesentlichen in der Schaltung gemäß Fig. 1 auf Erdpotential bleiben. Daher empfängt jeder Operationsverstärker Δ. bis A^ als ein unsymmetrisches Eingangssignal die echten Phasenspannungen des entsprechenden Wicklungsabgriffs 1 bis 6.

Es ist jedoch ersichtlich, daß die Wicklung W in alternativer Weise auch im Stern geschaltet sein könnte, wobei in diesem Falle es natürlich nicht erforderlich wäre, den künstlichen, neutralen Punkt vorzusehen.

Die Ausgangsschiene 7 wird auf einer Spannung gehalten, welche dem R^R^-fachen des Plateaupegels der Wicklungsphasenspannung gegenüber dem neutralen Pegel entspricht, so daß der Operationsverstärker momentan die am stärksten negative Eingangsspannung empfängt, so daß er im idealen Gleichrichtermodus arbeitet. Die übrigen fünf Verstärker sind nicht dazu in der Lage, in Durchlaßrichtung einen Strom durch die Dioden D^ zu führen, und sie beeinflussen die Spannung auf der Schiene, 7 nicht. Der Strom von der Schiene 7 über die Widerstände R2 kann diese Verstärker nicht in die Sättigung treiben, indem ein zusätzlicher Rückführpfad über R,, D, gebildet würde, nachdem die Diode D, eingesetzt hat. Folglich bleiben alle sechs Operationsverstärker im linearen Modus, so daß ein Übersteuern der Verstärker vermieden ist.

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Wenn die Widerstände R^R₂ denselben Wert haben, beträgt die Ausgangsschienenspannung

Schiene " °'^{5 0zn} ^^olt) wobei 0 - Fluß/Pol (Weber)

ζ « Anzahl der Windungen in der torosförmigen Wicklung

η »= Drehgeschwindigkeit (Umdrehungen/Sekunde,),

Ein einzelnes Exemplar einer drehbaren Maschine kann über einen weiten Bereich von Anwendungen verwendet werden, indem ein geeignetes Spannungsverstärkungsverhältnis Rp/IL gewählt wird.

Die Widerstände R^,, über welche die positiven Klemmen der Operationsverstärker A. bis A^ geerdet sind, haben vorzugsweise solche Werte, daß sie wenigstens etwa gleich der Hälfte von R,- sind.

Der in der Fig. 2 dargestellte Wechselstromgenerator ist gegenüber dem in der Fig. 1 dargestellten Generator unverändert. Die Verstärker A.bis A^ sind jeweils als Differentialverstärker geschaltet, entsprechen im übrigen jedoch der Darstellung in der Fig. 1.

Der Verstärker A^. empfängt als Eingangssignal die Spannung V.^ zwischen den einander diametral gegenüber liegenden Abgriffen 1 und 4 der Wicklung W. Der Verstärker A. empfängt als .Eingangssignal die Spannung V^. Diese diametralen Spannungen haben die doppelte Höhe der Phasenspannungen (gegenüber dem neutralen Pegel), welche die Verstärker der if'ig. Λ empfangen. Die Differenzspannungen, welche tatsächlich den Summen der Paare von diametral

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gegenüber liegenden Phasenspannungen entsprechen, werden durch unvermeidbare strukturelle Ünsymmetrien in der drehbaren fiaschine und insbesondere durch Veränderungen in der Windungsdichte der Wicklung weniger beeinflußt als die Phasenspannungen.

Die Operationsverstärkerschaltungen gemäß Fig. 2 liefern einen annähernd geerdeten künstlichen neutralen Pegel für die Wicklung W. Die Widerstände R^Rl, welche mit den positiven Eingangsklemmen P der Verstärker verbunden sind, bilden Pfade gegen Erde des Widerstandes(R^, + H₁-) für jede der Wicklungsklemmen 1 bis 6. Die Widerstände R,,, R^i ^3» welche mit den negativen Eingangsklemmen N der Verstärker verbunden sind, bilden solche Pfade_#, von denen einer nur zu der Ausgangsschiene 7 führt und von denen fünf auch an die Ausgangsklemmen 0 der Operationsverstärker führen. Die Ausgangsklemmen 0 der fünf Verstärker, welche momentan die Schiene 7 nicht über die Dioden D2 speisen, können im Bereich des Erdpotentials gehalten werden, und zwar durch Wahl eines geringen Verhältnisses R-,/R_o. Dies führt zu einer geringen Verstärkungswirkung im Leerlaufmodus, und zwar über den Rückführpfad D^R,.

Für den Betrieb der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist es nicht erforderlich, daß die Wicklung W in bezug auf das Erdpotential symmetrische Spannungen erzeugt. Die Verstärker müssen in jedem Falle eine gute Gleichtaktunterdrückung aufweisen.

Die Ausgangsspannung an der Schiene 7 ist gegeben durch ^VSchiene " ^R2

- Patentansprüche -

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Claims (6)

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   Patentansprüche

   Tachogeneratoranordnung, in welcher ein Wechselstromgenerator mit einem Rotor, welcher das Feld festlegt, und einem Stator, welcher eine Mehrphasenwicklung aufweist, seine Wicklung mit einer Mehrphasen-Gleichrichtereinrichtung verbunden hat, die in jeder Phase ein Halbleiter-Gleichrichterelement aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterelemente (Dp, D,) jeweils derart geschaltet sind, daß sie von einem Operationsverstärker (A, bis A^) der über eine Klemme der Wicklung gespeist ist, beaufschlagbar sind und daß weiterhin der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung bei jedem der Halbleiterelemente (Dp, D-,) durch den Operationsverstärker (A,. bis A^) kompensierbar ist.
2. 2. Tachogeneratoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zyklische Wellenform mit abgeflachtem Dach der Phasenspannung als Funktion der Zeit vorgesehen ist.
3. 3. Tachogeneratoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator einen Rotor (M) aufweist, der ein Paar von Magnetpolen hat, daß weiterhin ein Stator

   (C) vorgesehen ist, welcher eine gleichförmig verteilte Wicklung (W) aufweist, um eine induzierte Spannung zu führen, daß weiterhin ein Paar von zueinander gegenüberliegend angeordneten abgeschirmten Zonen (S) von im wesentlichen im Bereich von Null liegender radialer Kraftflußdichte zwischen den Polen vorhanden ist, daß weiterhin auf der Wicklung äquidistant angeordnete Klemmen (1 bis 6) vorgesehen sind, und daß die Klemmen einen Winkelabstand untereinander aufweisen, welcher geringer ist als derjenige Winkelabstand, der durch jede der abgeschirmten Zonen festgelegt ist.

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4. 4-, Tachogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß die Operationsverstärker (A^ bis A^) derart geschaltet sind, daß jeder als unsymmetrisches Eingangssignal die echte Phasenspannung des entsprechenden Wicklungsabgriffes empfängt und daß alle Operationsverstärker im linearen Modus arbeiten (Fig. 1).
5. 5. Tachogeneratoranordnung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet,, daß jeder Operationsverstärker ein Spannungseingangssignal empfängt, welches durch die Differenz der Spannungen der zwei diametral einander gegenüber angeordneten Phasen eines Stators festgelegt ist, der eine gerade Anzahl von Phasen aufweist (Fig. 2).
6. 6. Tachogeneratoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrphasen-Gleichrichtereinrichtung als ein künstlicher neutraler Punkt für den Generator dient.

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