DE1548590B2

DE1548590B2 - Drehmelderanordnung zur Durchführung von Rechenoperationen

Info

Publication number: DE1548590B2
Application number: DE1548590A
Authority: DE
Inventors: Bernard Paris Grancoin
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1963-07-05
Filing date: 1964-07-04
Publication date: 1974-05-30
Also published as: CH416389A; DE1548590C3; CH419913A; DE1548590A1; FR1375070A; US3309642A; OA00594A; DE1548591B2; DE1548591A1; GB1074631A; OA00779A; DE1548591C3; US3368127A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmelderanordnung zur Durchführung von Rechenoperationen, mit wenigstens einem Drehmelder mit einem Rotor und mit einem koaxial zum Rotor angeordneten ringförmigen Stator, der zum Sinus und Cosinus des Rotordrehwinkels proportionale elektrische Sondenspannungen erzeugt, wobei zwischen Rotor und Stator ein radialer Luftspalt besteht und mit wenigstens einer Übertragungsanordnung, die eine der Summe oder Differenz der Sondenspannungen proportionale Spannung abgibt.

Derartige Drehmelder, die zum Sinus und Cosinus des Rotordrehwinkels proportionale Spannungen liefern, sind unter der Bezeichnung Funktionsdrehmelder oder Resolver bekannt. Funktionsdrehmelder können für sich allein oder in Zusammenschaltung mit weiteren Funktionsdrehmeldern zur Durchführung von analogen Rechenoperationen mit trigonometrischen Funktionen verwendet werden. So ist es aus der Zeitschrift »Feinwerktechnik« 1959, S. 313 bis 316, bekannt, Funktionsdrehmelder (Resolver) für trigonometrische Berechnungen, für das Rechnen mit vektoriellen Größen, für die Umwandlung von Polarkoordinaten in rechtwinkelige Koordinaten und umgekehrt, sowie für die Drehung von Koordinatensystemen zu verwenden.

Die bisher bekannten Drehmelder haben im wesentlichen den konstruktiven Aufbau von elektrischen Maschinen mit Wicklungen. Bei Funktionsdrehmeldern tragen der Stator und der Rotor meist jeweils ein oder mehrere Paare von aufeinander stehenden Wicklungen; die Wicklungen des einen Teils (meistens

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des Rotors) werden mit einem Wechselstrom gespeist, die Funktion der üblichen Funktionsdrehmelder mit und die Wicklungen des anderen Teils (d. h. des Sta- zwei um 90° gegeneinander versetzten Statorwickluntors) bilden die Sonden, welche die dem Sinus bzw. gen. Eine Ausgestaltung der Drehmelderanordnung dem Cosinus des Rotordrehwinkels proportionalen nach der Erfindung besteht in diesem Fall darin, daß Spannungen liefern. 5 zwei Drehmelder vorgesehen sind, von denen jeder Der konstruktive Aufbau von elektrischen Maschi- zwei Hallsonden aufweist, die in Luftspalten liegen, nen mit Stator- und Rotorwicklungen ist von sich aus die in bezug auf die Rotorachse um 90° gegeneinander aufwendig und teuer. Wenn Funktionsdrehmelder in versetzt sind, daß die Steuerelektroden der Hallsonden dieser Weise aufgebaut werden, wird der Aufwand be- des ersten Drehmelders in Serie durch einen Bezugssonders groß, weil die Rechengenauigkeit unmittelbar io strom gespeist werden, daß die Hall-Elektroden der von der Genauigkeit der Ausbildung der Wicklungen Hallsonden des ersten Drehmelders mit den Steuer- und ihrer Anordnung in der Maschine abhängt. Von elektroden der beiden Hallsonden des zweiten Drehbesonderem Einfluß ist die Genauigkeit der Nach- meiders verbunden sind und daß die Hall-Elektroden bildung der Sinusfunktion (Oberwellenfreiheit) und der Hallsonden des zweiten Drehmelders mit den der Einhaltung der Winkelversetzung um 90°. Die 15 beiden Primärwicklungen eines Differentialübertragers Einhaltung der engen Festigungstoleranzen verursacht verbunden sind.

hohe Herstellungskosten. Außerdem wird es oft als in dieser Ausgestaltung liefert die Drehmelder-Nachteil angesehen, daß besondere Maßnahmen (z.B. anordnung eine Ausgangsspannung, die dem Sinus Kollektiven) für die Stromübertragung zu den Rotor- der Differenz zwischen den Winkelstellungen der wicklungen vorgesehen werden müssen. 20 Rotoren der beiden Drehmelder proportional ist. Die erwähnten Schwierigkeiten vervielfältigen sich, Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt aber wenn zur Durchführung komplizierter Rechenopera- darin, daß es ohne wesentlichen Mehraufwand mögtionen eine größere Anzahl von Wicklungen auf dem Hch ist, mehr als zwei Hallsonden auf dem gleichen Stator untergebracht werden muß. Drehmelder unterzubringen. Durch geeignete ZuAufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Dreh- 25 sammenschaltung der Hallsonden ist es dann mögmelderanordnung, welche die Durchführung von lieh, komplizierte Rechenoperationen mit einem einRechenoperationen in gleicher Weise und mit gleicher zigen Funktionsdrehmelder durchzuführen.
Genauigkeit wie die üblichen Funktionsdrehmelder Eine Ausführungsform der Drehmelderanordnung (Resolver), jedoch mit wesentlich einfacherem und nach der Erfindung besteht in diesem Fall darin, daß billigerem Aufbau ermöglicht. 3° ein Drehmelder mit zwei Paaren von Hallsonden vor-Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß gesehen ist, daß die beiden Hallsonden des einen der Stator aus wenigstens zwei gleichen Teilzylindern Paares in Luftspalten liegen, die gegen die Luftspalte aus magnetisierbarem Material besteht, die durch eine des zweiten Paares um 90° versetzt sind, daß ein entsprechende Anzahl von in der Längsrichtung ver- erster Steuerstrom, der eine zeitabhängige Veränderlaufenden Luftspalten getrennt sind, daß die Sonden 35 liehe darstellt, in Serie durch jeweils die erste Sonde Hallsonden sind, von denen in wenigstens einem der jedes der Paare fließt, daß ein zweiter Steuerstrom, der Luftspalte in an sich bekannter Weise eine oder meh- eine zweite Veränderliche von gegebenem Wert darrere angeordnet sind und daß der radiale Luftspalt stellt, in Serie durch die beiden zweiten Sonden der durch den Umriß des Querschnitts von zwei auf den Paare fließt, daß die beiden Primärwicklungen eines als Permanentmagnet ausgebildeten Rotor auf ge- 40 Differentialübertragers an die Hall-Elektroden von setzten Polschuhen so geformt ist, daß sich das Magnet- zwei Hallsonden angeschlossen sind, von denen die feld in den in der Längsrichtung verlaufenden Luft- eine zum ersten Paar und die andere zum zweiten Paar spalten des Stators in Abhängigkeit von der Winkel- gehört, und daß die beiden Primärwicklungen eines stellung des Rotors sinusförmig ändert. Summierübertragers an die Hall-Elektroden der beiden

Bei dem Funktionsdrehmelder der erfindungsge- 45 anderen Hallsonden angeschlossen sind,
mäßen Drehmelderanordnung sind keine Wicklungen In dieser Ausführungsform kann die Drehmeldervorhanden. Der als Permanentmagnet ausgebildete anordnung beispielsweise zur Berechnung der Drehung Rotor benötigt keine Kollektoren oder andere Mittel eines rechtwinkligen Koordinatensystems oder zur zur Stromzuführung. Der mechanische Aufbau des Umwandlung von Polarkoordinaten in rechtwinkelige Stators und des Rotors ist äußerst einfach; eine prä- 5° Koordinaten verwendet werden,
zise Anordnung der Luftspalte und Hallsonden läßt Die Erfindung wird nachstehend an Hand der sich ohne großen Aufwand erzielen. Durch die Form Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigt:
der Polschuhe ist es möglich, genau den gewünschten F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Drehmeldersinusförmigen Verlauf der abgegebenen Spannung in anordnung nach der Erfindung mit zwei Funktions-Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors zu 55 drehmeldern,

erzielen. Schließlich hat die Anordnung der Hallson- F i g. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Drehung

den in den in der Längsrichtung verlaufenden Luft- eines rechtwinkeligen Koordinatensystems,

spalten des Stators den Vorteil, daß sie bei jeder Stel- F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Drehmelder-

lung des Rotors von den magnetischen Kraftlinien anordnung nach der Erfindung zur Durchführung der

stets genau senkrecht durchsetzt werden, so daß für 60 in F i g. 2 gezeigten Rechenoperation,

den jeweils wirksamen Fluß die maximale Hallspan- F i g. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Um-

nung abgegeben wird. Der Funktionsdrehmelder Wandlung von Polarkoordinaten in rechtwinkelige

kann daher bei sehr kompaktem Aufbau eine kräftige Koordinaten,

Spannung abgeben, die genau dem Sinus bzw. Cosinus Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Drehmelder-

des Rotorwinkels entspricht. 65 anordnung nach der Erfindung zur Durchführung der

In der einfachsten Ausführungsform hat der Funk- in F i g. 4 gezeigten Rechenoperation,
tionsdrehmelder zwei um 90° gegeneinander versetzte F i g. 6 einen Längsschnitt durch einen Hallsonden-Hallsonden; in dieser Ausgestaltung erfüllt er bereits Drehmelder,

F i g. 7 einen Querschnitt durch den Hallsonden- den radialen Luftspalt 4, über einen Halbzylinder,

Drehmelder von F i g. 6 bei einer Stellung des Rotors, während ein weiterer Teil Φ₂ außer über den radialen

F i g. 8 eine Ansicht ähnlich F i g. 7 bei einer Luftspalt 4 und den anderen Halbzylinder noch durch

anderen Stellung des Rotors, den Luftspalt 3 a bzw. den Luftspalt 3 b geht, so daß

F i g. 9 einen Querschnitt durch eine Ausführungs- 5 die Hallsonde 210a bzw. 2106 erregt wird,

form eines Hallsonden-Funktionsdrehmelders, Das Verhältnis zwischen den Teilen (P₁ und Φ₂

F i g. 10 eine perspektivische Ansicht einer anderen hängt von der Winkelstellung Θ des Rotors ab. Für

Ausführungsform eines Hallsonden-Funktionsdreh- Θ = π/2 gilt insbesondere Φ_χ = 0, während Φ₂ ein

meiders, Maximum hat, das den maximalen Wert des in den

F i g. 11 einen Längsschnitt durch eine weitere Aus- io Luftspalten 3a und 3b herrschenden Induktionsfeldes

führungsform eines Hallsonden-Funktionsdrehmelders ergibt,

und Die an den Hall-Elektroden 213, 214 der HaIl-

F i g. 12 einen Querschnitt längs der Linie A-A von sonde 210 a erscheinende Hallspannung ist dem im

Fig. 11. Luftspalt 3 herrschenden Induktionsfeld proportional,

F i g. 1 zeigt eine Drehmelderanordnung mit einem 15 wenn die Hallsonde an ihren Klemmen 211, 212 durch Drehmelder-Geber 20 und einem Drehmelder-Emp- einen Steuerstrom konstanter Amplitude erregt werden, fänger 30. Die beiden Geräte sind als Funktionsdreh- Das gleiche gilt für die von der Hallsonde 210Z) abmelder (Resolver) mit Hallsonden ausgeführt, beispiels- gegebene Hallspannung. Wenn also das im Luftweise entsprechend der Darstellung von F i g. 6 oder spalt 3a bzw. 3b herrschende Feld eine Sinusfunktion von F i g. 7. Sie sind einander völlig gleich. 20 der Winkelstellung Θ des Rotors ist, gilt dies auch für

Zum besseren Verständnis soll zunächst das Prinzip die von den Hallsonden abgegebene Spannung,
der Hallsonden-Drehmelder an Hand der F i g. 6 bis Diese Eigenschaft wird durch die besondere Form 8 erläutert werden. Das in diesen Figuren gezeigte erhalten, die dem Profil der Polschuhe 11a und 116 Gerät enthält einen Rotor mit einem Permanent- erteilt ist: Der Luftspalt 4 ist an den Scheiteln der magnet 1, der im wesentlichen die Form eines Zylin- 25 Pole am kleinsten, aber er nimmt schnell ab, so daß ders hat, der zur Rotorachse 10 rotationssymmetrisch die Ecken der Polschuhe sehr stark abgerundet sind, ist und zwei Polschuhe 11a (Nordpol) und 11b (Süd- Damit der Drehmelder als Funktionsdrehmelder pol) aufweist. Dieser Magnet erzeugt einen Magnet- (Resolver) arbeitet, muß er gleichzeitig zwei Spanfluß Φ, der sich über zwei Halbzylinder 2a und 2b nungen liefern, die den Funktionen cos Θ und sin Θ des Stators 2 schließt, die vom Permanentmagnet 1 30 entsprechen. Dies kann durch die in F i g. 9 dardurch einen zylindrischen ringförmigen Luftspalt 4 gestellte Ausführungsform erreicht werden. Sie begetrennt sind, und zwischen denen zwei einander steht in der einfachsten Form einfach darin, daß der diametral gegenüberliegende, in der Längsrichtung Stator 2 in vier Teilzylinder 2a, 2b, 2c, 2O¹UnIeItCiIt verlaufende Luftspalte 3a und 3b bestehen, in denen wird, zwischen denen Luftspalte 3a, 3b, 3c, 3d beeine oder mehrere Hallsonden 210a bzw. 21Qb ange- 35 stehen, in denen jeweils eine Hallsonde angeordnet ist. ordnet sind. Die Polschuhe 11a und 11b des Rotors Die Spannung, die von den in den Luftspalten 3a und und die beiden Halbzylinder 2a und 2b bestehen vor- 3b angeordneten Hallsonden abgegeben wird, entzugsweise aus einer magnetisch weichen Legierung. spricht der Funktion cos Θ, und die Spannung der

Der vom Permanentmagnet 1 gebildete Rotor ist Hallsonden in den Luftspalten 3c und 3a*, die um 90° um die Rotorachse 10 mittels einer Welle 12 drehbar 40 gegen die Luftspalte 3a und 3b versetzt sind, entgelagert, die im Gehäuse 5 des Geräts durch zwei spricht der Funktion sin Θ.
Kugellager 13 gehalten wird. F i g. 10 zeigt eine andere Ausführungsform eines

In F i g 7 ist der Rotor in der Stellung gezeigt, in Hallsonden-Funktionsdrehmelders; sie wird dadurch

welcher die Nord-Süd-Achse des Permanentmagnets 1 erhalten, daß die Länge des Rotors verdoppelt wird,

und der Polschuhe 11a und 11b in einer Linie mit den 45 und daß der Stator in seinem vorderen Teil mit zwei

die Hallsonden 210a und 2106 enthaltenden Luft- Halbzylindern 2a, 2b und in seinem hinteren Teil mit

spalten 3a und 3b liegt. zwei Halbzylindern 2c, 2d ausgebildet wird, wobei

In dieser Stellung ist der vom Permanentmagnet 1 die hinteren Halbzylinder von den vorderen Halberzeugte Fluß Φ von den Polen aus symmetrisch nach zylindern durch einen Abstand getrennt sind, der im rechts und nach links zu beiden Seiten der diametralen 50 Vergleich zu den Luftspalten 3 ausreichend groß ist, Symmetrie-Ebene der Luftspalte 3a, 3b im radialen daß die magnetischen Streuflüsse zwischen den beiden Luftspalt 4 in zwei gleichen Teilen verteilt, wobei sich Paaren von Halbzylindern vernachlässigbar sind. Der die Teilflüsse links über den Halbzylinder 2a und Rotor wirkt mit den beiden Paaren von Halbzylindern rechts über den Halbzylinder 2b schließen. Da kein zusammen. Die Luftspalte 3a, 3b zwischen den vorFluß durch die Luftspalte 3a und 3b geht, hat die quer 55 deren Halbzylindern 2a, 2b müssen genau senkrecht durch die Hallsonden 210a und 2106 gehende ma- zu den Luftspalten 3c, 3a" zwischen den hinteren gnetische Induktion des Wert Null, so daß die von den Halbzylindern 3c, 3d stehen, was eine genaue Ein-Hallsonden an den Klemmen 213, 214 abgegebene justierung erfordert.

Spannung Null ist, unabhängig von dem ihren Klem- Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 11 im

men211, 212 zugeführten Erregungsstrom. Diese 60 Längsschnitt und in Fig. 10 im Querschnitt darge-

Stellung des Rotors wird als »elektrischer Nullpunkt« stellt,

bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform enthält der Rotor zwei

In der Darstellung von F i g. 8 nimmt der Rotor getrennte Permanentmagnete, die Polschuhella, 116

die Stellung ein, in welcher die Nord-Süd-Achse einen bzw. lic, lla" aufweisen und gegenseitig verstellbar

Winkel Θ mit der Stellung einschließt, welche dem 65 sind, während der Stator in Form von zwei Ringen

elektrischen Nullpunkt entspricht. mit jeweils zwei Halbzylindern entsprechend der Aus-

Von jedem rechts bzw. links von der Nord-Süd- führungsform von F i g. 10 beibehalten wird.

Achse liegenden Teilfluß geht ein Teil Φ_χ nur durch Bei dieser Ausführungsform können Fehler in der

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senkrechten Ausrichtung der die Hallsonden 210 a, dE . _.

21Oi, 210 c, 210 d enthaltenden Luftspalte 3 a, 3 b, 3 c, IbT ⁼ °^S ~~ ^}

3d dadurch kompensiert werden, daß der elektrische .

Nullpunkt für die Hallsonden 210 c, 21Od durch eine unabhängig von der Größe von Θ den konstanten geeignete gegenseitige Verstellung der beiden Perma- 5 Wert 1 behält, wenn Θ fest ist und oc nach Θ geht, nentmagnete eingestellt wird, nachdem der Rotor um Das in F i g. 3 dargestellte zweite Ausführungsbei-90° gegen die Winkelstellung verdreht worden ist, spiel betrifft einen Funktionsdrehmelder mit vier Hallweiche dem elektrischen Nullpunkt der Hallsonden sonden und einem einzigen Rotor, mit welchem das 210a, 210Z? entspricht. Der Drehmelder-Geber20 folgende Problem gelöst werden kann: von F i g. 1 enthält zwei Hallsonden 21 und 22, die io Wenn ein Vektor in einem Achsensystem mit einer in zueinander senkrechten Luftspalten des Stators an- x-Achse und einer j-Achse durch zwei gegebene Wechgeordnet sind, beispielsweise gemäß der Darstellung selspannungen oder Wechselströme χ und y definiert von F i g. 9 oder F i g. 10. Die beiden Hallsonden ist, sollen die Wechselspannungen X und Y berechnet werden über Anschlüsse 50, 50 a mit dem gleichen werden, welche den gleichen Vektor in einem neuen Wechselstrom / erregt. 15 Achsensystem mit einer X-Achse und einer 7-Achse In gleicher Weise enthält der Drehmelder-Emp- darstellen, das um einen Winkel Θ gegen das erste fänger 30 zwei Hallsonden, die in senkrecht zuein- Achsensystem in der gleichen Ebene verdreht ist. ander angeordneten Luftspalten des Stators liegen, Aus F i g. 2 sind die Gleichungen der durchzufühnämlich eine Hallsonde 31, die parallel zur Hall- renden trigonometrischen Umwandlungen zu erkensonde 21 liegt, und eine Hallsonde 32, die parallel zur 20 nen: ' Hallsonde 22 liegt. _x _ _c ο __ · ο

. it ι ι ττ τι t «■*.-» · ι ■" ·* ^•"'-'^ *-? j Sill KJ

Die Erregungselektroden der Hallsonde 32 sind F = χ sin (9 + ν cos Θ

über Leiter 60, 61 an die Hall-Elektroden der Hall- ^y

sonde 21 -angeschlossen. In gleicher Weise sind die Diese Operation kann mit Hilfe eines Hallsonden-Erregungselektroden der Hallsonde 31 über Leiter 60, 25 Funktionsdrehmelders durchgeführt werden, der vier 62 an die Hall-Elektroden der Hallsonde 22 ange- Luftspalte aufweist, von denen jeder eine Hallsonde schlossen. Der Leiter 60 verbindet dabei den gemein- enthält.

samen Schaltungspunkt 23 der Hallsonden 21 und 22 Der in F i g. 3 dargestellte Funktionsdrehmelder 320,

mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt 33 der Hall- der beispielsweise in der in F i g. 11 und 12 dargestell-

sonden 31 und 32. An die Hall-Elektroden der Hall- 30 ten Art ausgeführt ist, enthält zwei zueinander parallele

sonde 31 ist eine Primärwicklung 41 eines Differential- Hallsonden 321a und 321 b sowie zwei dazu senkrecht

Übertragers 40 angeschlossen; die andere Primär- angeordnete Hallsonden 321 c und 321 d.

wicklung 42 des Differentialübertragers 40 ist an die Die Winkelstellung des Rotors sei mit Θ bezeichnet.

Hall-Elektroden der Hallsonde 32 angeschlossen. Die Der Rotor ist so ausgebildet, daß die Hallsonden 321a

beiden Primärwicklungen41 und 42 haben entgegen- 35 und 3216 Spannungen abgeben, die dem Wert sin©

gesetzten Wicklungssinn. Die Ausgangsspannung wird proportional sind, während die Hallsonden 321 c und

an den Klemmen der Sekundärwicklung 43 des 321 d Spannungen abgeben, die dem Wert cos Θ pro-

Differentialübertragers 40 abgenommen. portional sind.

Die Wirkungsweise der Anordnung von F i g. 1 Die Hallsonde 321 a und die Hallsonde 321 α⁷ werden

ergibt sich aus dem zuvor geschilderten Prinzip der 40 in Serie mit einem Wechselstrom i gespeist, der den

Hallsonden-Funktionsdrehmelder. Analogwert von χ darstellt. In gleicher Weise werden

Wie in F i g. 1 angedeutet ist, wird die Winkel- die Hallsonden 321c und 321 b in Serie mit einem Wechsteilung des Rotors des Drehmelder-Gebers 20 mit selstrom/₂ gespeist, der den Analogwert von y darstellt. Θ und die Winkelstellung des Rotors des Drehmelder- Die Ausgänge der Hallsonden 321 α und 321 c sind Empfängers 30 mit oc bezeichnet. 45 mit den Klemmen der beiden Primärwicklungen 341

Die Ausgangsspannungen der Hallsonden 21 und und 342 eines Subtraktionsübertragers 340 (mit entge-

22 betragen: gengesetzt gerichteten Primärwicklungen) verbunden,

F =7 cos Θ dessen Sekundärwicklung die Spannung E₁ angibt,

γ _ j _sj_n Q welche dem Wert X analog ist.

² 50 In gleicher Weise speisen die Ausgänge der Son-

' Daraus folgt, daß die Ausgangsspannungen der den 3210 und 321 d die Primärwicklungen 351 und 352

Hallsonden 31 und 32 lauten: eines Additionsübertragers 350, dessen Sekundärwicklung die Spannung E₂ abgibt, die dem Wert Y analog

U₁ = I cos Θ sin α ist. Es gilt nämlich bis auf die Übersetzungsverhältnisse:

U₂ = I sin Θ cos α 55 Y — χ cos <9 — ν ςίη ß

„ ,. ,..-,·» Y= * sin Θ + vcos Θ

Lnter diesen Bedingungen betragt die Ausgangs-

spannung des Übertragers 40: Die Anordnung von F i g. 5, die aus derjenigen von

F i g. 3 abgeleitet ist, ermöglicht die Lösung des in

E = I (cos Θ sin α — sin Θ cos cc) 60 F i g. 4 dargestellten Problems, nämlich der Umwand-

= /sin (Θ — cc) lung von Polarkoordinaten ρ, oc in rechtwinkelige

E wird Null für Θ = cc. Koordinaten χ, y. ■

F i g. 4 zeigt die Rechnungen, welche dieser Trans-

Hierbei sind die verschiedenen durch die Hallson- formation entsprechen: den eingeführten Proportionalitätsfaktoren nicht be- 65 _ _{0 cos α}

rücksichtigt. _ *" .

Andererseits ist zu erkennen, daß der Gradient ? ~~ ^Q ^Sln ^K

dEjdoc, der sich folgendermaßen schreiben läßt mit ρ — ]/x² + y².

Diese Operation kann mit Hilfe eines Hallsonden-Funktionsdrehmelders durchgeführt werden, der wie im vorangehenden Beispiel vier Luftspalte aufweist.

Der in F i g. 5 dargestellte Funktionsdrehmelder 520 enthält die gleichen Bestandteile wie derjenige von F i g. 3, und er wird mit Strömen χ und y wie im Fall von F i g. 3 gespeist. Die Hall-Elektroden der Hallsonden 521 α und 521 c sind mit den Primärwicklungen 551 und 552 eines Additionsübertragers 550 verbunden, während die Hall-Elektroden der Hallsonden 5210 und 521Jmit den Primärwicklungen 541 und 542 eines Subtraktionsübertragers 540 verbunden sind.

Der Ausgang des Subtraktionsübertragers 540 ist mit der Steuerklemme eines Motors 545 über einen Steuerverstärker 544 verbunden.

Eine mechanische Verbindung 546 verbindet den Motor 545 mit dem Rotor des Funktionsdrehmelders 520.

Es sei E die an den Klemmen der Sekundärwicklung 553 des Additionsübertragers 550 abgenommenen Spannung. Dann gilt:

E = k(x cos Θ + y sin Θ)
wobei Θ der Winkel des Rotors in bezug auf die Richtung des elektrischen Nullpunktes und k eine Konstante sind.

Wenn man χ durch ρ cos <x und y durch ρ sin oc ersetzt, gilt:
5

E= k ρ cos (Θ — cc)

Man erhält also:
ίο E = k ρ für Θ = oc

Es sei E₀ die Fehlerspannung, die an den Klemmen der Sekundärwicklung 543 des Differentialübertragers 540 abgenommen wird. Man erhält:

E₀ = k₀ ρ sin (Θ — oc)

Diese Fehlerspannung ist im wesentlichen der zu beseitigenden Abweichung Θ — λ proportional. Sie wird zu Null, wenn der vom Rotor des Funktionsdrehmelders 520 eingenommene Winkel Θ gleich dem gegebenen Winkel «ist, wenn also die Winkelstellung des Rotors den Winkel « anzeigt, der berechnet werden soll. Wenn gilt: Θ — oc, ist die Spannung E, wie zuvor bereits gezeigt wurde, dem zu berechnenden Betrag ρ proportinal.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehmelderanordnung zur Durchführung von Rechenoperationen, mit wenigstens einem Drehmeider mit einem Rotor und mit einem koaxial zum Rotor angeordneten ringförmigen Stator, der zum Sinus und Cosinus des Rotordrehwinkels proportionale elektrische Sondenspannungen erzeugt, wobei zwischen Rotor und Stator ein radialer Luftspalt besteht und mit wenigstens einer Übertragungsanordnung, die eine der Summe oder Differenz der Sondenspannungen proportionale Spannung abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (2) aus wenigstens zwei gleichen Teilzylindern (2 a, 2b, 2c, 2d) aus magnetisierbarem Material besteht, die durch eine entsprechende Anzahl von in der Längsrichtung verlaufenden Luftspalten (3 a, 3b, 3c, 3d) getrennt sind, daß die Sonden Hallsonden (21, 22, 31, 32; 210 a, 210 b; 321a, 321b, 321c, 321 d; 521a, 521b, 521c, 52Id) sind, von denen in wenigstens einem der Luftspalte in an sich bekannter Weise eine oder mehrere angeordnet sind, und daß der radiale Luftspalt (4) durch den Umriß des Querschnitts von zwei auf den als Permanentmagnet (1) ausgebildeten Rotor aufgesetzten Polschuhen (lla, Ub, Hc, lld) so geformt ist, daß sich das Magnetfeld in den in der Längsrichtung verlaufenden Luftspalten (3a, 3b, 3c, 3d) des Stators (2) in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors (1) sinusförmig ändert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Drehmelder (20, 30) vorgesehen sind, von denen jeder zwei Hallsonden (21, 22; 31, 32) aufweist, die in Luftspalten liegen, die in bezug auf die Rotorachse um 90° gegeneinander versetzt sind, daß die Steuerelektroden der Hallsonden (21, 22) des ersten Drehmelders (20) in Serie durch einen Bezugsstrom gespeist werden, daß die Hall-Elektroden der Hallsonden (21, 22) des ersten Drehmelders (20) mit den Steuerelektroden der beiden Hallsonden (31, 32) des zweiten Drehmelders (30) verbunden sind, und daß die Hall-Elektroden der Hallsonden (31, 32) des zweiten Drehmelders (30) mit den beiden Primärwicklungen (41, 42) eines Differentialübertragers (40) verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehmelder (320; 520) mit zwei Paaren von Hallsonden (321a, 321 b, 321c, 321 d; 521a, 521b, 521c, 52Id) vorgesehen ist, daß die beiden Hallsonden des einen Paares in Luftspalten liegen, die gegen die Luftspalte des zweiten Paares um 90° versetzt sind, daß ein erster Steuerstrom (Z₁), der eine zeitabhängige Veränderliche darstellt, in Serie durch jeweils die erste Sonde (321a, 321 d; 521a, 52Id) jedes der Paare fließt, daß ein zweiter Steuerstrom (Z₂) der eine zweite Veränderliche von gegebenem Wert darstellt, in Serie durch die beiden zweiten Sonden (3210, 321c; 521b, 521c) der Paare fließt, daß die beiden Primärwicklungen (341, 342; 541, 542) eines Differentialübertragers (340; 540) an die Hall-Elektroden von zwei Hallsonden (321 a, 321c; 521b, 52Id) angeschlossen sind, von denen die eine zum ersten Paar (321a, 321b; 521 a, 521 b) und die andere zum zweiten Paar (321 c, 321a¹; 521c, 521 d) gehört, und daß die beiden Primärwicklungen (351, 352; 551, 552) eines Summierübertragers (350; 550) an die Hall-Elektroden der beiden anderen Hallsonden (321 b, 321 d; 521a, 521c) angeschlossen sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Primärwicklung (341) des Differentialübertragers (340) an diejenige Hallsonde (321 a) des ersten Paares (321a, 321 b) angeschlossen ist, welche den der ersten Veränderlichen proportionalen Steuerstrom (Z₁) empfängt, und daß die andere Primärwicklung (342) des Differentialübertragers (340) an diejenige Hallsonde (321c) des zweiten Paares (321c, 321J) angeschlossen ist, welche den der zweiten Veränderlichen proportionalen Steuerstrom (Z₂) empfängt.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Primärwicklung (541) des Differentialübertragers (540) an die Hall-Elektroden der zweiten Hallsonde (521b) des ersten Paares, (521a, 521 b) angeschlossen ist, daß die zweite Primärwicklung (542) des Differentialübertragers (540) an die erste Hallsonde (521 d) des zweiten Paares (521c, 521a*) angeschlossen ist, daß die an der Sekundärwicklung (543) des Differentialübertragers (540) abgenommene Spannung nach Verstärkung in einem Steuerverstärker (544) die Drehung eines Motors (545) steuert, und daß der Motor (545) den Rotor des Drehmelders (520) in solcher Richtung antreibt, daß diese Spannung nach Null geht.