DE2237250A1

DE2237250A1 - Drehstellungs-wandler

Info

Publication number: DE2237250A1
Application number: DE2237250A
Authority: DE
Inventors: Charles Peter Cockshott; Malcolm Williams
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1971-07-31
Filing date: 1972-07-28
Publication date: 1973-02-08
Also published as: ZA725073B; JPS4919835A; FR2148454A1; US3781580A; CA960764A; IT961748B; DE2237250C3; AU4506272A; DE2237250B2; GB1385877A; AU469106B2; ES405523A1; FR2148454B1; BR7205134D0

Description

Patentanwalt · Patentanwälte

Dr. phil. Gerhard Henkel Dr. rer. nat. Wolf-Dieter Henkel

D - 757 Baden-Baden Balg D i ρ I. - I Π g. Ralf M. Kern

waidgasse20 Hr rpr nat Lothar Feiler

Tel.:(07221)63427 ^{U Γ}* ^{Γ θ} '* " ^{Ö T>} L ©« Π β Γ f θ I I θ Γ

Telegr.-Adr.:ElllptoldBad.n-B_ad.n , D-8 München 90

Eduard-Sctimld-Str. 2 _Γ -| Tel.: (0811) 663197

Telegr.-Adr.t Ellipsoid MQndien Telex: ......

Joseph Lucas (Industries)
Limited

Birmingham, England
L J

28.JUUW2

Drehstellungs-Wandler

Die Erfindung "betrifft einen Wandler, insbesondere einen Drehstellungs-Wandler, dessen Entwicklung die Aufgabe zugrunde lag, eine Wandlereinheit zu schaffen, deren gewünschte Ausgangsgröße über einen großen Bereich von Winkelstellungen ein lineares Abbild der Drehstellung eines drehenden Elements wiedergibt.

Der erfindungsgemäße Wandler ist gekennzeichnet durch einen Stator aus magnetisierbarem Material mit einer mindestens zwei einander benachbarte Polstück» festlegenden Gestalt, einen aus magnetisierbarem Material bestehenden und mindestens ein Polstück festlegenden Rotor, der gegenüber dem Stator aus einer ersten Stellung, in welcher sein Polstück auf das eine der beiden Stator-Polstücke ausgerichtet, jedoch durch einen vorbestimmten Luftspalt davon getrennt ist, über einen Winkelbetrag in eine zweite Stellung verdrehbar ist, in welcher sein Polstück auf das andere Stator-Polstück., ausgerichtet, jedoch durch einen vorbestimmten Luftspalt davon getrennt ist, eine an eine Wechselspannungsquelle anschließbare und magnetisch mit dem

2 —

2098 8 6/1000

223725Q

Rotor gekoppelte Erregerspule, und eine, das eine der beiden Stator-Polstücke umgebende Ausgangsspule, wobei bei an Spannung liegender Erregerspule bei einer Winkelbewegung des Rotors die relative Magnetflußdichte in den beiden Stator-Polstücken variiert wird, so daß die in der Ausgangsspule induzierte Spannung von der Winkelstellung dea Rotors abhängt.

Ein vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Stator die Form eines napfförmigen Glieds mit einem zentralen Kern besitzt, daß die Wand des napfförmigen Glieds die beiden benachbarten Polstücke zusammen mit zwei weiteren, benachbarten Polstüoken xbk festlegt, daß eines der beiden weiteren, benachbarten Polstücke von einer weiteren Ausgangsspule umgeben ist und daß sich der Rotor zwischen dem zentralen Kern und der Wand des napfförmigen Glieds erstreckt und ein weiteres Polstück trägt, wobei durch eine Winkelbewegung des Rotors im Betrieb die relativen Magnetflußdichten in den weiteren, benachbarten Polstücken variiert werden, so daß die im Betrieb in der weiteren Ausgangsspule induzierte Spannung von der Winkelstellung des Rotors abhängt.

Vorzugsweise sind die erste Ausgangsspule und die weitere Ausgangsspule miteinander in Reihe geschaltet, so daß sich die im Betrieb in ihnen induzierten Spannungen summieren.

Im folgenden sind bevorzugte AusfUhrungsformen der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 einen Sohnitt duroh einen Wandler mit Merkmalen der Erfindung,

209886/1000

223725Q

Fig. 2 eine Aufsicht auf den Wandler gemäß Hg, 1,

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht e^Lner abgewandelten Ausführungsform des Wandlers mit Merkmalen der Erfindung und

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Ausgangsspannung und der Winkelstellung des Rotors bei einem erfindungsgemäßen Wandler.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Wandler mit erfindungsgemaßen Merkmalen weist einen Stator 11 aus einem Mangan/Zink-Ferrit der durch die Firma Mullard Ltd. unter der Bezeichnung Type A5 vertriebenen Art auf. Der Stator 11 besitzt die Gestalt eines im wesentlichen napfförmigen Körpers 12, von dessen Basis bzw. Boden 13 ein materialeinheitlich damit ausgebildeter, hohler zylindrischer Kern 14 hochragt. Die Achse des Kerns 14 ist parallel und zentral gegenüber der kreisförmigen Wand 15 des Napf-Körpers 12 angeordnet, wobei die freien Enden des Kerns 14 und der Wand 15 in einer parallel zum Boden 13 verlaufenden Ebene liegen. Die Wand 15 des Körpers 12 legt vier auf gleiche Winkelabstände voneinander verteilte Polstücke 16 fest, wobei zwischen je zwei benachbarten Polstücken 16 je eine parallel zur Achse des Kerns 14 verlaufende Nut 17 in der Wand 15 ausgebildet ist. Die Nuten 17 dienen zur Aufnahme von Ausgangsspulen 18, die zwei einander diametral gegenüberliegende Polstücke 16 umschließen. Der Kern 14 des Stators 11 legt ebenfalls ein Polstück desselben fest, wobei eine Erregerspule 19 um den Kern 14 herumgewickelt ist.

209 8 86/1000

223725Q

In der Bohrung des hohlen Kerns 14.ist eine aus PoIytetrafluoräthylen bestehende Lagerbüchse 21 angeordnet, die von einer gegenüber dem Stator 11 drehbaren, nichtmagnetischen, vorzugsweise aus Messing bestehenden Antriebs-Welle 22 durchsetzt wird, welche über das freie Ende des Kerns 14 hinausragt und drehfest mit einem Rotor 23 aus dem gleichen Mangan/Zink-Ferrit wie der Stator 11 verbunden ist. Die Erregerspule 19 ist magnetisch mit dem Rotor 23 gekoppelt, der zwei einander gegenüberliegende Planflächen sowie einen zentralen rechteckigen Abschnitt 23a aufweist, der an zwei gegenüberliegenden Kanten mit je einem bogenförmigen Absohnitt 23b versehen ist, die jeweils ein Polstück des Rotors bilden. Die bogenförmigen Abschnitte 23b bilden jeweils einen Teil eines um die Achse des Kerns 14 herum zentrierten Kreissegments von größerem Radius als demjenigen der Wand 15, so daß sich der Eotor 23 zwischen Kern 14 und Wand 15 erstreckt. Außerdem ist die Bogenlänge jedes bogenförmigen Abschnitts 23b größer als die Bogenlänge jedes Polstücks des Stators 11, so daß der Bogen-Abschnitt 23b dann, wenn er axial auf eines der Stator-Polstücke ausgerichtet ist, teilweise über die zwischen dem betreffenden Stator-Polstück und zwei benachbarten Stator-Polstüoken festgelegten Spalte hinausragt. Zwischen dem Rotor 23 und dem Kern 14 ist eine aus Polytetrafluoräthylen bestehende Scheibe 24 angeordnet, welche die Winkelverschiebung des Rotors relativ zum Stator 11 ermöglicht und gleichzeitig einen Luftspalt zwischen jedem Rotor-Polstück und der Wand 15 des Stators 11 festlegt.

Im Betrieb wird die Erregerspule 19 mit einer Wechselspannungsquelle verbunden und die Welle 22 mit einem nicht dargestellten, über einen Winkelbetrag verdrehbaren Glied

- 5 209886/1000

gekoppelt, dessen Dreh.- bzw» Winkelstellung gemessen werden soll. Die Winkelstellung dieses Glieds wird somit durch die Welle 22 auf den Rotor 23 übertragen, so daß letzterer gegenüber den Polstücken 16 um einen Winkelbetrag verdreht wird. Infolge des an die Erregerspule 19 angelegten Wechselstromsignals ist eine Magnetflußkopplung zwischen den Rotor-Polstücken 23b und den Polstücken 16 vorhanden, so daß durch eine Änderung der 7/inkelsteilung des Rotors gegenüber den Polstücken 16 die Magnetflußdichten in den betreffenden Polstücken 16 variiert werden. Infolgedessen hängt die in den Ausgangsspulen 18 induzierte Spannung von der Winkelstellung des Rotors 23 und somit von der Winkelstellung des verdrehbaren Glieds ab. Vorzugsweise sind dabei die Ausgangsspulen 18 derart miteinander in Reihe geschaltet, daß sich ihre Ausgangssignale im Betrieb summieren. Auf diese Weise kann der Einfluß einer Änderung des luftspalts zwischen Wand 15 und Rotor-Polstücken 23b infolge einer Neigung bzw. Kippung des Rotors bei seiner Winkelbewegung im Betrieb ausgeschaltet werden.

In Fig. 3 ist eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wandlers dargestellt, die weitgehend der vorstehend beschriebenen Ausführungsform entspricht, weshalb den Teilen von Fig. 1 und 2 entsprechende Teile in Fig. 3 mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind. Im Gegensatz zum vorher beschriebenen Wandler ist jedoch der Wandler gemäß Fig. 3 mit einer Erregerspule 31 versehen, die - anstatt den Kern H des Stators 11 zu umgeben auf einem Fortsatz des Kerns 14 montiert ist und den zentralen Schenkel 32 eines Rotors 33 mit umgekehrt E-förmigeni Quersohnitt umgibt, wobei die freien Kanten der drei

sind Schenkel dieses Rotors dicht am Stator 11 angeordnet ±ΐΗ5·.

Die Erregerspule 31 ist jedoch mit dem E-förmigen Rotor

209886/1000

magnetisch gekoppelt, dessen Außenschenkel 34 seine jeweiligen Polstücke festlegen! die Arbeitsweise dieses abgewandelten Wandlers entspricht daher derjenigen der vorher beschriebenen Ausführungsform.

Ersichtlicherweise liefert ein erfindungsgemäßer Wandler ein Ausgangssignal, das eich über einen weiten Winkelstellungsbereich des Rotors hinweg praktisch linear in Abhängigkeit von der Rotor-Winkelstellung ändert. Diese höchst vorteilhafte Wirkungsweise eines erfindungsgemäßen Wandlers ist in Pig. 4 veranschaulicht, die eine graphische Darstellung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors bei einem Rechteok-Eingangssignal zur Erregerspule zeigt.

Obgleich bei den dargestellten Ausführungsformen der Luftspalt zwischen jedem Polstück des Rotors und der Wand 15 des Stators 11 durch eine Scheibe aufrechterhalten wird, können selbstverständlich zweckmäßige Lager zwischen Rotor und Stator zur Festlegung des Luftspalts benutzt werden, wobei die Scheibe fortfallen könnte,

Ersichtlicherweise kann der Rotor auf andere als die beschriebene Weise an der Welle befestigt werden. Beispielsweise könnte das magnetisierende Material mit Hilfe eines Klebmittels an einem nicht-magnetischen Rahmen befestigt werden.

203886/1ÜÜQ

Claims

Patent ans prücne

Wandler, insbesondere Drehstellungs-Wandler, gekennzeichnet durch einen Stator

(11) aus magnetisierbarem Material mit einer mindestens zwei einander benachbarte Polstücke (16) festlegenden Gestalt, einen aus magnetisierbarem Material bestehenden und'mindestens ein Polstück (23b) festlegenden Rotor (23), der gegenüber dem Stator (11) aus einer ersten Stellung, in welcher sein Polstück auf das eine der beiden Staor-Polstücke (16) ausgerichtet, jedoch durch einen vorbestimmten Luftspalt davon getrennt, ist, über einen Winkelbetrag in eine zweite Stellung verdrehbar ist, in welcher sein Polstück auf das andere Stator-Polstück (16) ausgerichtet, jedoch durch einen vorbestimmten luftspalt davon getrennt ist, eine an eine Weohselspannungsquelle anschließbare und magnetisch mit dem Rotor (23) gekoppelte Erregerspule (19), und eine, das eine der beiden Stator-Polstüeke (16) umgebende Ausgangsspule (18), wobei bei an Spannung liegender Erregerspule bei einer Winkelbewegung des Rotors die relative Magnetflußdichte in, den beiden Stator-Polstücken (.16) variiert wird, so daß die in der Ausgangsspule (18) induzierte Spannung von der Winkelstellung des Rotors abhängt.

Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (11) die Form eines napfförmigen Glieds

(12) mit einem zentralen Kern/besitzt, daß die Wand (15) des napfförmigen Glieds die beiden benachbarten Polstücke (16) zusammen mit zwei weiteren, benachbarten Pölstücken (16) festlegt, daß eines der beiden

209886/1000

weiteren, benachbarten Polstücke (16) von einer weiteren Ausgangsspule (18) umgeben ist und daß sich der ßotor (23) zwischen dem zentralen Kern (H) und der Wand (15) des napfförmigen Glieds (12) erstreckt und ein weiteres Polstüok (23b) trägt, wobei durch eine Winkelbewegung des Rotors im Betrieb die relativen Magnetflußdichten in den weiteren, benachbarten Polstücken variiert werden, so daß die im Betrieb in der weiteren Ausgangsspule induzierte Spannung von der Winkelstellung des Rotors abhängt.

3. Wandler nach Anspruch 2, daduroh gekennzeichnet,

daß die durch das napfförmige Glied (12) festgelegten vier Polstücke (16) auf gleiche Winkelabstände voneinander verteilt sind und daß die Ausgangsspulen (18) jeweils zwei diametral gegenüberliegende PoI-stüoke (16) umschließen.

4. Wandler nach Anspruch 2 oder 3, daduroh gekennzeichnet, daß die den Polstüoken (16) des Stators (11) zugewandte Fläche (23a) des Rotors (23) plan ist.

5. Wandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ausgangsspulen (18) miteinander in Reihe geschaltet sind, so daß sich die im Betrieb in den Ausgangsspulen induzierten spannungen summieren.

6. Wandler nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (23) einen zentralen rechteckigen Abschnitt aufweist, der an zwei gegenüberliegenden Seiten mit je einem ein Rotor-Polstüok bildenden, bogenförmigen Abschnitt (23b) versehen ist.

- 9 209886/ 1000

Z23725Q

7. Wandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bogenlänge jedes Bogen-Abschnitts (23b) größer ist als die Bogenlänge jedes Polstücks (16) des Stators (H'), so daß sich der Bogen-Absehnitt (23b), wenn er.axial auf eines der Stator-Polstücke (16) ausgerichtet ist, teilweise über die zwischen diesem Stator-Polstück und zwei benachbarten Stator-Polstücken (16) festgelegten Spalte (17) hinaus erstreckt.

8. Wandler nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor(33) E-förmigen Querschnitt besitzt und daß seine beiden Außenschenkel (34) Rotor-Polstücke bilden.

9. Wandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden der drei Schenkel (32, 34) des Rotors (33) dem Stator (11) zugewandt sind.

10. Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (31) um den zentralen Schenkel (32) des E-förmigen Rotors (33) herumgewickelt ist.

11. Wandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule auf einen Fortsatz des Statorr-Kerns (14) gewickelt ist, so daß sie den zentralen Schenkel (32) des Rotors (33) umschließt.

12. Wandler nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (23; 33) um die Achse des zentralen Kerns (14) herum drehbar gelagert ist.

13. Wandler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Kern (14) hohl ist und daß der

- 10 -

2098 8 6/1000

- ίο -

Rotor (23; 33) an einer im hohlen Kern (14) drehbar gelagerten Welle (22) montiert ist.

14. Wandler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (22) aus nicht-magnetischem Material besteht.

209886/1000

Leerseite