DE1216558B - Transformator-Geber zur Umformung des Drehwinkels in eine elektrische Groesse - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

GOId

Deutsche Kl.: 42d-5

1216 558
R35924IXb/42d
17. August 1963
12. Mai 1966

Die Erfindung betrifft einen Transformator-Geber, dessen besondere Konstruktion das Umformen mechanischer Drehwinkel in eine elektrische Größe erlaubt.

In der Technik tritt häufig die Aufgabe auf, mechanische Drehwinkel in elektrische Spannungen umzuformen, etwa zur Winkelmessung oder zur Regelung von Winkeln. Zur Lösung dieser Aufgabe gibt es viele Arten von Winkelgebern, wie z. B. Widerstandsgeber, kapazitive Geber, induktive Geber, Transformator-Geber usw., die ihrem Meßprinzip zufolge bestimmte Vor- und Nachteile aufweisen.

Bei den Transformator-Gebern wird die Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärspule eines Transformators durch einen Weg oder einen Winkel geändert, z. B. durch Lageänderung einer Spule, durch Verschieben eines weichmagnetischen Kernes, durch Ändern der Permeabilität eines Kernes oder durch Lageänderung eines metallischen und/oder weichmagnetischen Schirmes, der sich zwischen Primär- und Sekundärspule befindet.

Unter den Transformator-Gebern weist der Transformator-Geber mit metallischem und/oder weichmagnetischem Schirm besondere Vorteile auf, z. B. kleine Meßkräfte und räumlich nicht begrenzten Weg des Schirmes. Die bisher bekannten Ausführungen dieser letzteren Transformator-Geber sind jedoch nur zur Messung gerader Wege geeignet.

Gegenstand dieser Erfindung ist die neuartige konstruktive Ausführung eines Transformator-Gebers mit metallischem und/oder weichmagnetischem Schirm für Drehwinkel, die einige besondere Vorteile aufweist.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse ein rotationssymmetrischer Topfkern mit einer Spule und zwei weitere kreissektorförmige Topfkernteile mit zwei Spulen unter Bildung eines Luftspaltes einander gegenüberstehend befestigt sind, und daß im Luftspalt eine abschirmende, mittels einer Welle verdrehbare Scheibe angeordnet ist.

Die Erfindung ist in den folgenden Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt beispielhaft eine kennzeichnende Ausführung des Transformator-Winkelgebers;

Fig. 2 zeigt die wesentlichen Einzelteile eines Gebers nach Fig. 1 in isometrischer Projektion zur besseren Erläuterung seines Aufbaues;

Fig. 3 zeigt die Schaltung des Gebers in einer Differenzanordnung;

F i g. 4 zeigt die Spannung U₁-U₂, die in einer Schaltung gemäß Fig. 3 als Funktion des Drehwinkels γ erhalten wird;

Transformator-Geber zur Umformung des
Drehwinkels in eine elektrische Größe

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Christof Rohrbach, Berlin

F i g. 5 zeigt eine mögliche Ausführung des dreh-

baren Teiles des Gebers, die zur Vermeidung von Unwuchten verwendet werden kann;

F i g. 6 zeigt eine weitere mögliche Ausführung des drehbaren Teiles des Gebers mit radialen Schlitzen, die ebenfalls zur Vermeidung von Unwuchten verwendet werden kann.

Der Geber gemäß F i g. 1 arbeitet wie folgt: In einem Gehäuse 1 ist ein Topfkern 2 befestigt, der eine Spule 3 trägt. Das Gehäuse 1 trägt ferner zwei gleichartige Kerne 4 und 5, die durch radiale Schnitte aus einem Topfkern 2 entstanden sind. Die Kerne 4 und 5 tragen zwei gleichartige Spulen 6 und 7. Zwischen dem Topfkern 2 bzw. den Kernen 4 und 5 besteht der Luftspalt 8. In diesem Luftspalt 8 ist eine vorzugsweise als flacher Halbzylirider geformte Scheibe 9 angebracht, die mittels der Welle 10, die im Gehäuse 1 drehbar gelagert ist, beliebig verdreht werden kann. Die Welle 10 wird formschlüssig mit dem Meßobjekt verbunden, dessen Drehwinkel 7 gemessen werden soll.

Legt man an die Spule 3 eine Wechselspannung Uq, so würde bei Abwesenheit der Scheibe 9 ein magnetisches Wechselfeld B entstehen, das den eingezeichneten Verlauf hat (durchgezogene Linien). Als Folge treten an den Spulen 4 bzw. 5 Wechselspannungen U₁ bzw. U₂ auf, die aus Symmetriegründen gleich groß sind. Bringt man die Scheibe 9, die aus leitendem und/oder ferromagnetischem Material besteht, in den Luftspalt, wird die Symmetrie gestört, weil ein Teil des Magnetfeldes B durch ^iVirbelströme in der Scheibe 9 und/oder durch deren ferromagnetische Eigenschaften abgelenkt wird (gestrichelte Linie). Das Verhältnis der Spannungen U₁ und U₂ ändert sich also als Funktion des Drehwinkels γ.
Die wesentlichen Teile des Gebers nach Fig. 1 sind in F i g. 2 zur besseren Erläuterung seines Aufbaues in isometrischer Projektion dargestellt. Man erkennt den rotationssymmetrischen Topfkern 2, aus

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dem zur Sichtbarmachung der (hier mit einer Windung gezeichneten) Spule 3 und der Welle 10 ein Teil herausgeschnitten wurde. In der eingezeichneten Lage ist die Stellung der Scheibe 9 symmetrisch zu den Kernen 4 und 5 mit den (hier mit einer Windung gezeichneten) Spulen 6 und 7. Man erkennt, wie die Kerne 4 und 5 durch zwei radiale, sich unter dem Winkel δ kreuzende Schnitte aus einem Topfkern gemäß dem Topfkern 2 entstanden sind.

F i g. 3 zeigt eine mögliche Schaltung des Gebers schematisch. An der Spule 3 liegt die Wechselspannung U₀. Die Spulen 6 und 7 sind hintereinandergeschaltet. Beim Drehen der Scheibe 9 tritt eine Differenzspannung U₁-U₂ auf, deren Verlauf über dem Drehwinkel γ in F i g. 4 schematisch dargestellt ist. Innerhalb des Winkels α ist die Spannung U₁-U₂ dem Drehwinkel γ der Scheibe 9 proportional; dieser Bereich wird vorzugsweise zur Messung verwendet. Von besonderem Vorteil ist es bei vielen Meßaufgaben, daß die Scheibe 9 auch über den Winkel α hinaus beliebig verdreht werden kann, ohne daß der Geber beschädigt wird.

Die Scheibe 9 kann aus leitendem Material bestehen; dann erfolgt die Schirmwirkung, wie in der Hochfrequenztechnik bekannt, lediglich infolge von Wirbelströmen, die sich in ihr ausbilden. Die Scheibe 9 kann jedoch vorteilhaft auch aus ferromagnetischem Material gefertigt werden; dann erfolgt die Schirmwirkung vor allem durch magnetische Leitung der Kraftlinien im Scheibenmaterial.

Bei schneller Drehung der Scheibe 9 kann eine erhebliche Unwuchtkraft erregt werden. Diese Unwuchtkraft wird kompensiert, wenn man die fehlende Scheibenhälfte durch ein Material ohne Schirmwirkung, aber gleichen spezifischen Gewichtes, ersetzt. Zwei Ausführungen sind möglich:

Fig. 5 zeigt eine Scheibe, deren eine Hälfte 11 aus ferromagnetischem und/oder leitendem Material besteht, während die andere Hälfte 12 aus einem nicht- oder schlechtleitenden, nichtferromagnetischen Material gefertigt ist, das keine Schirmwirkung ausübt, das aber das gleiche spezifische Gewicht aufweist wie das ferromagnetische oder leitende Material.

F i g. 6 zeigt eine Scheibe, die völlig aus demselben, leitenden, nichtferromagnetischen Material besteht, deren eine Hälfte jedoch radiale Schlitze 13 aufweist. Hierdurch können sich in dieser Hälfte keine Wirbelströme ausbilden, und deshalb bewirkt diese Hälfte auch keinen Schirmeffekt. Gleichwohl tritt selbst bei schneller Drehung praktisch keine Unwuchtkraft auf.

Die wesentlichen Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind: Großer linearer Meßbereich α, beliebige Durchdrehbarkeit der Scheibe 9, einfache Herstellung und sehr gedrängte Bauweise.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Transformator-Geber zur Umformung des Drehwinkels in eine elektrische Größe, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (1) ein rotationssymmetrischer Topfkern (2) mit einer Spule (3) und zwei weitere kreissektorförmige Topfkernteile (4, 5) mit zwei Spulen (6, 7) unter Bildung eines Luftspaltes (8)

einander gegenüberstehend befestigt sind und daß im Luftspalt (8) eine abschirmende, mittels einer Welle (10) verdrehbare Scheibe (9) angeordnet ist.

2. Transformator-Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (9) einen kreisförmigen Schnitt aufweist.

3. Transformator>Geber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (9) kreisförmig ausgebildet ist, deren eine Hälfte

(11) aus ferromagnetischem und/oder leitendem Material und deren andere Hälfte (12) aus nichtferromagnetischem und nichtleitendem Material besteht, und daß die Materialien der einen Hälfte (11) das gleiche spezifische Gewicht aufweisen

wie die Materialien der anderen Hälfte (12).

4. Transformator-Geber nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (9) kreisbogenförmig aus leitendem Material ausgebildet ist, dessen eine Hälfte radiale Schlitze trägt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Feinwerktechnik (1956), H. 8,· Jg. 1960, S. 275 bis 278; (1959), H. 11, Jg. 1963, S. 393 bis 403;
Regelungstechnik (1958), H. 3, Jg. 1962, S. 117 und 118.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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