DE2165785A1 - Drehmelder - Google Patents

Description

• Drehmelder Die Erfindung betrifft einen elektrischen Drehmelder zur Erzeugung und Übertragung von Signalen, welche der tSinkelstellung zwischen induktiv gekoppelten Wicklungen eines Stators und eines koaxial zu diesem gelagerten Rotors entsprechen.
• Bei herkömmlichen.Drehmeldern werden als Träger für die Wicklungen des Stators und des Rotors, insbesondere aber für die Führung des Magnetflusses, gewöhnlich hochpermeable Materialien verwendet. Auf diese Weise wird der Magnetfluß in genau definierte Bahnen gelenkt, die im wesentlichen von den geometrischen Formen abhängen; im allgemeinen verlaufen diese Bahnen vom Stator über einen Luftspalt zum Rotor und über den -Luftspalt zurück zum Stator Der magnetische ';iaerstand in einem derartigen-Magnetkreis ist insgesamt sehr klein und wird im wesentlichen von den Abmessungen des Luftspalts zwischen den hochpermeablen Materialien des Stators und des Rotors bestimmt. Dies hat aber wiederum zur Folge, daß geringste Änderungen in den geometrischen Abmessungen des Luftspalts sich sehr stark auf den magnetischen Widerstand des Gesamtkreises auswirken. Treten diese Änderungen unsymmetrisch auf, dann wird die Funktionsgenauigkeit eines solchen Drehmelders erheblich beelntrachtigt.
• Aus dem großen Unterschied in der relativen Permeabilität zwischen den gegeneinander drehbaren, die primären und sekundären Wicklungen tragenden Körpern und dem Szwischenliegenden Luftspalt ergibt sich also die Forderung nach sehr engen Toleranzen bei der Fertigung der einzelnen Teile; daraus resultiert eine hohe Ausschußquote und insgesamt eine sehr teuere Fertigung. Für verschiedene Anwendungsbereiche mag dies erträgiich sein, zumal, wenn zur Momentübertragung oder bei Anwendung einer niedrigeren Frequenz ein hochpermeabler Magnetkreis ertorderlich ist.
• Bei Verwendung aes erwshnten nochpermeablen Materials müssen jeweils innerhalb der Statorbohrung die Nuten zur Az^inahme der Wicklungen vorgesehen sein. Aus diesen konstruktiven Gründen müssen bisher die Statorwicklungen jeweils von Hand in diese Nuten eingebracht werden, was wieaerum ein sehr lohnintensives und entsprechend teueres Herstellungsverfahren bedeutet. Aufgabe der Erfindung war es deshalb, eine Drehmelder zu schaffen, dessen Funktionsgenauigkeit unabhängiger ist von den Fertigungstoleranzefl und der insgesamt eine einfachere und weitgehend automatisierbare Fertigung ermöglicht.
• Dies wird erfindungsgemäß bei einem Drehmelder der anfangs erwähnten Art dadurch erreicht, daß die magnetischen Eraftlinien ausschließlich in niederpermeablen Medien geführt werden. Auf diese Weise wird der Unterschied in der relativen Permeabilität zwischen den nebeneinander drehbaren Wicklungsträgern und den zwischenliegenden Luftspalt so gering, daß weder die absolute Größe noch Ungleichmäßigkeiten in der Bemessung des Luftspaltes einen erheblichen Einfluß auf den magnetischen Kreis haben.
• Durch die Verwendung eines Materials, dessen Permeabilität sich nur wenig von der der luft unterscheidet, ist auch die Gefahr eines magnetischen Kurzschlusses innerhalb des Stators niht mehr gegeben. Deshalb ist in einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daX die Nuten zur Aufnahme der Wicklungen sowohl -beim Rotor als auch beim Stator von außen in den jeweiligen icklungträger eingearbeitet sind. Dadurch ist es möglich, die Wicklungen maschinell aufzubringen, was eine weitere Ersparnis an lohnintensiver Arbeit bedeutet. Die Wicklungsträger selber können durch einfache Herstellungsverfahren, beispielsweise durch Spritzpressen, aus Kunststoff gefertigt werden und müssen nicht nahbearbeitet werden.
• In einer Weiterbildung der Erfindung ist außerdem vorgesehen, daß auch das Statorgehäuse ebenso wie die Wicklungsträger aus einem niederpermeablen Werkstoff besteht Dieses Gehäuse kann sogar als Kunststoffguß auf den Stator aufgebracht werden.
• Vielfach ist es sogar zweckmäßig, ene für die Statorwicklung übliche Imprägnierung gleichzeitig als Gehäuse auszubilden.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel.
• Es zeigen Fig. 1 Stator und Rotor eines Drehmelders gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt durch einen Drehmelder herkömmlicher Art, Fig. 3 einen entsprechenden Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehmelder.
• In der Fig. 1 sind die wichtigsten Teile des neuen Drehmelders, nämlich der Stator 1 und der Rotor 2, perspektivisch dargestellt. Der Rotor 2 sitzt auf der Achse 3 und kann mittels nicht dargetellter Lagerbuchsen koaxial im Stator gelagert werden.
• Der Stator 1 besteht ebenso wie der Rotor 2 aus einem Material niedriger Permeabilität, also beispielsweise aus Kunststoff.
• Es könnte auch Holz oder ein mit Magnetpulver durchsetzter Kunststoff verwendet werden, dessen Permeabilität sich nicht sehr viel von der der Ituft unterscheidet. Die Verwendunibon Kunststoff ist deshalb sehr günstig, weil in diesem Fall die einzelnen Teile sehr billig im Spritzpreßverfahren ohne Nachbearbeitung hergestellt werden können. Auch die Achse 3 wird zweckmäßigerweise aus einem Material niedriger Permeabilität hergestellt.
• Zur Aufnahme der Wicklungen 4 und 5 sind der Stator und der Rotor jeweils mit Trägerrippen la bzw. 2a versehen, die mit dem jeweiligen Trägerteil 1 bzw. 2 jeweils in einem Stück gefertigt werden können. Da die Wicklungen 4 und 5 sowohl beim Stator als auch beim Rotor auf dem Außendurchmesser vorgesehen sind, können hierbei maschinelle Wicklungsverfahren eingesetzt werden. Die Stromzuführung erfolgt üblicherweise beim Stator über die Anschlußlitzen 4 und beim Rotor über die Schleifringe 6.
• Der wesentliche Unterschied wischen einem herkömmlichen und einem erfindungsgemäßen Drehmelder wird aus einem Vergleich der Schnittdarstellungen in den Figuren 2 und 3 deutlich.
• Bei einem gewöhnlichen Drehmelder gem. Fig. 2 besteht sowohl der Stator 11 als auch der Rotor 12'aus Magnetweicheisen; der Unterschied in der relativen Permeabilität zwischen diesen Flußführungsteilen und dem zwischenliegenden Luftspalt 16 ist also sehr hoch. Dies bedeutet, daß der Luftspalt im wesentlichen den Gesamtwiderstand des magnetischen Kreises bestimmt. Da der Luftspalt-widerstand wiederum direkt von den geometrischen Abmessungen abhängt, ist eine sehr genaue und gleichmäßige Bemessung dieses Luftspaltes 16 swischen Stator und Rotor erforderlich.
• Die Statorwicklungen 14 und die Rotorwicklungen 15 liegen Jeweils in Nuten 11a des Stators bzw. 12a des Rotors. Dabei sind die Nuten lla von innen in den Stator 11 eingearbeitet, um bei dem großen Permeabilitätsunterschied zwischen Eisen und Luft einen magnetischen Kurzschluß im Stator zu vermeiden.
• Die Statorwicklungen 14 müssen demnach in Jedem Fall von Hand in die Nuten 11a eingebracht werden, was ehe sehr teuere und aufwendige Herstellung bedeutet.
• Bei einem erfindungsgemäßen Drehmelder gemäß Fig.3 ist dagegen sowohl der Statorkörper 21 als auch der Rotorkörper 22 mit der Lagerachse 23 jeweils aus Kunststoff oder einem Material ähnlicher Permeabilität gefertigt. Es besteht also hierbei kein großer Permeabilitätsunterschied zwischen den Wicklungsträgern 21 und 22 und dem zwischenliegenden Luftspalt 26. Dieser Luftspalt 26 hat demnach bei weitem keine so große Bedeutung im magnetischen Gesamtwiderstand des Drehmelderkreises wie beim Drehmelder der Fig. 2; und deshalb hat seine Bemessung und Genauigkeit auch bei weitem nicht einen derartigen Einfluß auf die Funktionsgenaugkeit.
• Weiterhin besteht auch beim Stator 21 wegen der geringen Permeabilität nicht die Gefahr des magnetischen Kurzschlusses, so daß die Nuten zur Aufnahme der icklungen nicht unbedingt von innen eingearbeitet sein müssen. So werden sowohl Stator 21 als auch Rotor 22 zweckmäßigerweise in ähnlichen Herstellungsverfahren als Kunststoffspritzteile gefertigt. Die Wicklungen 24 und 25 können dann jeweils maschinell von außen auf den-Stator 21 und den Rotor 22 bzw. auf die an der Außenseite vorgesehenen Tragerippen 21a bzw. 22a aufgebracht werden.
• Der erfindungsgemäße Drehmelder kann also einerseits mit geringeren Anforderungen an die Genauigkeit bei der Herstellung von Stator und Rotor gefertigt werden, andererseits können für das Aufbringen der Wicklungen kostensparende maschinelle Arbeitsverfahren zir Anwendung kommen.
• Wegen des hohen Widerstandes im Magnetkreis kann der erfindungsgemäße Drehmelder nicht für alle Einsatzmöglichkei-ten verwendet werden, wie ein herkömmlicher Drehmelder mit Sisenkreis; für bestimmte Verwendungszwecke, vor allem zur Signalübertragung und bei Verwendung höherer Frequenzen, also bei etwa 10 kHz, arbeitet er trotz des wesentlich einfacheren und billigeren Herstellungsverfahrens mit der gleichen Zuverlässigkeit wie jener.
• 7 Patentansprüche 3 Figuren

Claims (7)

1. Patent ansprüche Elektrischer Drehmelder zur Erzeugung und Übertragung von Signalen, welche der Winkelstellung zwischen induktiv gekoppelten Wicklungen eines Stators und eines koaxial zu diesem gelagerten Rotors entsprechen, d a d u r c h g e k enn z e i c h n e t, daß die magnetischen Kraftlinien ausschließlich in niederpermeablen Medien (1,2; 21, 22) geführt werden.
2. 2. Drehmelder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsträger des Stators (1, 21) und des Rotors (2,22) jeweils nach außen offene Schlitze zur Aufnahme der Wicklungen (4, 5; 24, 25) besitzen.
3. 3. Drehmelder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnG, daß die Wicklungsträger des Stators (1, 21) und des Rotors (2, 22) aus Kunststoff bestehen.
4. 4. Drehmelder nach Anspruch 1 oder T, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsträger -des Stators (1, 21) und des Rotors (2, 22) aus mit Magnetpulver durchsetztem Kunststoff bestehen.
5. 5. Drehmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorgehäuse ebenso wie die Wicklungstrager aus niederpermeablen Material besteht.
6. 6. Drehmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse als Kunststoffguß gefertigt ist.
7. 7. Drehmelder nach Anspruch 5, dadurch gekennzei-chnet, daß eine über die Staorwicklungen aufgegossene Imprägnierung gleichzeitig als Gehäuse dient L e e r s e i t e