DE1800745A1

DE1800745A1 - Induktionsuebertrager

Info

Publication number: DE1800745A1
Application number: DE19681800745
Authority: DE
Inventors: Booth George Martin
Original assignee: Wallace and Tiernan Inc
Current assignee: US Filter Wallace and Tiernan Inc
Priority date: 1967-10-02
Filing date: 1968-10-02
Publication date: 1969-05-14
Also published as: CH489787A; FR1586946A; US3454854A; GB1232605A

Description

WALLACE & TIERNAN INC.-, EAST ORANGE, N₀Y₀/USA

Ind uk ti onsüber trager

Der Induktionsübertrager umfaßt ein Paar zylindrische, "becherförmige Teile aus magnetischem Weicheisenmaterial, die zylindrische, in einem radialen Flansch endende Seitenwände aufweisen« Jedes Teil hat ein hohles, konzentrisches, inneres Magnetpolstück mit zylindrischem Querschnitt, das von der Bodenplatte des Teiles gezogen wird und nur kurz vor der Endfläche seines Flansches endete, Diese Teile sind koaxial auf den entgegengesetzten Seiten einer Platte aus magnetischem Weicheisenmaterial angeordnet und durch ihre Flansche daran "befestigt, die eine kreisrunde mit der Achse der becherförmigen Teile konzentrische Öffnung aufweisen, und im Bereich der Öffnung einen magnetischen Pol vorsehen,- der in coaxial unterteilter Anordnung zum Ende des Polstüekes eines jeden becherförmigen Teiles angeordnet ist„ Eine viele Wicklungen aufweisende Primärwicklung ist konzentrisch innerhalb· jedes becherförmigen Teiles so angeordnet, daß es dessen Polstück umgibt, und diese Wicklungen werden gleichzeitig

elektrisch mit Wechselstrom erregt, um entgegengesetzte Magnetfelder in den luftspalten zwischen der Platte und den Enden der Polstücke zu erregen. Eine Sekundärwicklung wird in der Öffnung der Platte in coaxialer Anordnung mit Hilfe einer aus niehtmagnetischem Material bestehenden Tragstange gehalten, die sich durch eine konzentrische Öffnung am Boden von mindestens einem becherförmigen Teil axial über eine Reihe von Positionen, die sich durch oder an einer der beiden Seiten der Öffnung der Platte verteilen, erstreckt« Jeder in der Sekundärwicklung erzeugte Wechselstrom hat eine Amplitude und eine Phase, relativ zu der Stromerregung in der Primärwicklung, die kennzeichnend für die entsprechende Größe und Torzeichen der Verschiebung der Sekundärwicklung vom SymmetrieZentrum der Magnetfelder des Luftspaltes ist»

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsübertrager und mehr im Einzelnen auf Mfferentialtransformatoren, bei denen ein Paar Primärwicklungen zur Erzeugung gegengeschalteter Magnetfelder erregt werden und die differentiell magnetisch an eine Sekundärwicklung angeschlossen sind.

Ein Gegenstand der Erfindung sieht vor, daß ein neuer und verbesserter Induktionsübertrager, der eine Ausgangswechselspannung genau in Phase mit einer Eingangserregerspannung oder genau 180° phasenversehoben gegenüber einer

solchen Erregerspannung besitzt, möglich wird, und eben diesen Übertrager, der bei optimierter Null-Ausgangsspannung der Eigenerregerfrequenz relativ frei von irgendeiner Quadratürphase oder harmonischen Ausgangsspaniiungskomponente ist.

Es ist ein weiterer Gegenstand der Erfindung, einen neuen Induktionsübertrager vorzusehen, der fest angeordnetePrimärwicklungen, die differentiell magnetisch an die relativ zueinander beweglichen Sekundärwicklungen gekoppelt sind, aufweist, und einen Übertrager in dem für die Ausgangsspannung Null der Sekundärwicklung keine magnetische Blindkraft an einer derartigen Sekundärwicklung ausgeübt wird«,

Ferner ist es ein Gegenstand der Erfindung, einen verbesserten Induktionsübertrager vorzusehen, der durch eine verbesserte Energieübertragung vom Eingang seiner Primärwicklung zum Ausgang seiner Sekundärwicklung in allen Positionen der letzteren außer bei dem Null-Ausgang oder der Hull-Position gekennzeichnet ist.

Es ist noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung, einen Induktionsumwandler von verbesserter und relativ billiger doch robuster Bauart vorzusehen, der durch im wesentlichen vollständig eingeschlossene Magnetfelder gekennzeichnet wird, die gut gegen den anderweitig störenden

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Effekt von irgendwelchen verbleibenden äusseren Magnetfeldern, von denen der Umwandler betrieben werden kanni abgeschirmt sind#

Weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung werden in der folgenden, ins Detail gehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die einen Teil dieser Anmeldung bildenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:'

Figur 1 in senkrechter Schnittdarstellung und Figur 2 in teilweise geschnittener Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Induktionsübertrager in einer besonderen Ausführungsformf

Figur 3 eine vergrößerte Teilechnittansicht, die die Anordnung von zwei inneren durch den Übertrager gebildeten Luftspalzmagnetfeldern darstellt und die in Verbindung mit der in.Fig. 4 dargestellten vereinfachten elektrischen Schaltskizze zur Erläuterung der Betriebsweise des Über- \ tragers dient;

Figur 5 in graphischer Darstellung für einen erfindungsgemäßen Übertrager die Auegangespannung der Sekundärwicklung mit geometrischer Verschiebung der Sekundärwicklung auf eine Seite des Symmetriezentrums der in dem Übertrager erzeugten luftspaltmagnetfeider;

Figur 6 eine typische Anwendung des erfindungsgemäßen Übertragers in einem representativen elektromechanischen

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Servosystem zur Anzeige des an einen Aneroiddosendruckmesser angelegten Druckes; und

figur 7 teilweise in Querschnitt eine typische Anwendung, in der ein erfindungsgemäßer Induktionsübertrager in Verbindung mit einer Aneroiddifferenzdruckmeßdose in einem Servosystem gemäß Figur 6 Anwendung findet.

Es wird nunmehr im Einzelnen auf die Figuren 1 und 2 der Zeichnungen Bezug genommen, in denen ein erfindungsgemäßer Induktionsübertrager ein Paar zylindrische becherförmige Teile 10 und 11 enthält. Diese Teile sind aus magnetischem Weicheisenmaterial gefertigt und jedes weist eine»Bodenplatte 12 und eine zylindrische Seitenwand 13 auf, die gegenüber der Bodenplatte in einem radialen Flansch 14 endet. Jedes Teil 10 und 11 hat auch ein hohles, konzentrisches, inneres zylindrisches Magnetpolstück 15 aus Weicheisen, das in einem Stück mit seiner Grundplatte 12 hergestellt wird, vorzugsweise dadurch., daß das becherförmige Teil mit seinem Polstück aus einem Stück Weicheisen gefertigt wird. Die Bohrung eines jeden Polstückes erstreckt sich durch die Grundplatte, um eine konzentrische Basisöffnung 16 zu bilden. Jedes dieser Polstücke hat eine axiale Länge, die geringer als die der geflanschten Seitenwand 13 ist.

Die becherförmigen Teile 10 und 11 sind coaxial in Beziehung aufeinander auf den gegenüberliegenden Seiten der Platte

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angeordnet, und sind an diese durch sie umgebende unterteilte Verbindungsteile befestigt, wie z.B» Maschinenschrauben 18, und erstrecken sich durch Paarungsöffnungen in ihren flanschen 14 und die Grundplatte 17β Dies erlaubt eine geschlossene magnetische Struktur der Koaxialbaugruppe, in der die Grundplatte 17 die Magnetbahn der becherförmigen Teile 10 und 11 führt, um im Abschnitt der koaxialen Kreisöffnung 19 der Grundplatte 17 einen in einem bestimmten Abstand koaxial zum Ende des Polteiles 15 zu jedem der becherförmigen Teile 10 und 11 angeordneten Magnetpol vorzusehen.

Eine Primärwicklung 22, die aus einer Vielzahl von um den Spulenkörper 23 aus elektrisch isoliertem Material gewikkelten Wicklungen aus elektrisch isoliertem Draht hergestellt ist, wird innerhalb der becherförmigen Teile 10 und 11 um das betreffende Polstück 15 herum und zur Befestigung an demselben angeordnet* Me Leitungen 24 dieser Wicklungen führen an dem Übertrager durch eine in der Wand eines jeden becherförmigen Teiles 10 und 11 vorgesehene Öffnung 25 nach außen. Jedes Polstück 15 kann so ausgebildet sein, daß sein inneres Ende in einer Facette 26 endet und so die Konzentration des Magnetflusses in der Endbohrung des Polstückes ansteigt und die Kante der Facette auf einer Konusoberfläche liegt, die ihren Scheitelpunkt, auf der Achse des Polstückeβ aufweist und einen gewissen Abstand vom inneren Ende desselben besitzt. Die Primärwicklungen 22 werden fortwährend mit Wechselstrom erregt und

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und lind so gewickelt oder elektrisch verbunden, daß sie längs eines jeden Polstückes 15 und in ihrem luftspalt zwischen dessen Ende und der zentralen Öffnung der Bodenplatte 17 ein Wechselmagnetfeld liefern, das in einem Polstück eine Magnetfeldpolarität entgegengesetzt zu einer im anderen Polstück aufweist. Diese Iiuftspaltmagnetfelder, die eehematisch durch eine vergrößerte Teilansicht der Fig. 3 dargestellt sind, sind symmetrisch an gegenüberliegenden Seiten der Mittelebene der Grundplatte 17 angeordnet und weisen ähnlich in Achsenrichtung gekrümmte MagnetfeldVerteilungen auf, wie im Diagramm in Jig, 3 durch die Flußlinie ί¹ dargestellt ist, wobei die Pfellapitien angebracht sind, die magnetische Polarität während einer Halbwelle der Erregung der Wicklung 22 zeigen.

Der Meßwertgeber umfaßt eine Sekundärwicklung 29, die aus einer Vielzahl von Wicklungen aus elektrisch isoliertem Draht, der in einer konzentrischen Nut gewickelt wird, hergeeteilt ist, welche in einem radial geflanschten Spulenkörper 31 einer Sekundärwioklungetragetange 32 aus elektrisch isoliertem Material vorgesehen ist. Die Tragstange 32trägt beweglich die Sekundärwicklung 29 in coaxialer Anordnung in der Öffnung 19 der Grundplatte 17» zur axia-

über
len Verschiebung/eine Reihe von Positionen, die sich durch und beiderseits der Öffnung 19 erstrecken. Hierbei kann jedes der becherförmigen Teile 10 und 11 eine konzentrisch gerippte Endmembran 33 aus dünnem Eippenbleck aufweisen, das sich von der Grundplatte des becherförmigen Teiles

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durch einen Ring 34 erstreckt und in Position an dem ■becherförmigen Teil durch einen Befestigungsring 35-und an der Außenseite angeordnete Maschinenschrauben 36 befestigt ist, wie dargestellt. Jede Endmembran 33 hat in der Mitte eine Goaxialöffnung 37, durch die sich die Tragstange 32 erstreckt, welche durch einen Anschlußring aus Zement 38 an die Membran 33 befestigt sind. Die Endleitungen 39 der Sekundärwicklung 29 erstrecken sich durch . . und werden in einem kurzen, radialen', in dem Flansch des Spulenkörpers 3t angebrachten Schlitz 40 geführt und führen aus dem Übertrager durch eine öffnung 41,· in einer der Membranen 33 wie gezeigt.

Wenn man nun den Betrieb des eben beschriebenen Induktionsübertragere betrachtet, ist es offensichtlich, daß keine Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung 29 erzeugt wird, • wenn die Mittelebene derselben in dem planebenen Symmetriezentrum des Luftspaltmagnetfeldes angeordnet ist, das zwik sehen den Enden der Polstücke 15 und"der Grundplatte 17 durch Weohselstromerregung der Primärwicklungen 22 erzeugt wird. Das heißt, zu Jedem gegebenen Zeitpunkt durchsetzt soviel Magnetfluß die Sekundärwicklung 29 in einer Richtung und von einem Luftspaltfeld wie in der anderen Richtung und von dem anderen Luftspaltfeld, so daß alle induzierten Spannungen sich innerhalb der Wicklung 29 aufheben. Wird nun die Sekundärwicklung 29 mit der Tragstange 32 axial in irgendeiner Richtung von dem SymmetrieZentrum

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des Magnetfeldes bewegt, so übersteigt der die Spannung erzeugende Einfluß der einen Hälfte des doppelten Magnetfeldes, in das dieselbe geschoben wird, den spannungserzeugenden Einfluß in der anderen Hälfte des Magnetfeldes, aus dem sie herausbewegt wird. Der Bnderfolg ist ein momentaner Wert der induzierten Spannung in der Sekundärwicklung 29,der 90° phasenverschoben mit dem momentanen Wert der Stromamplitude in derjenigen Primärwicklung 22 ist, die das Luftspaltmagnetfeld erzeugt, in das die Sekundärwicklung 29 bewegt wird» Die 90° Phasenverschiebung resultiert aus der Tatsache, daß die induzierte Spannung in der Sekundärwicklung 29 am höchsten ist bei gleichzeitiger maximaler Stromänderung in der betroffenen Primärwicklung; diese Stromänderung ist 90° zur Stromstärke phasenverschoben.

In den Anwendungen des Übertragers, wo die Phasenbeziehung zwischen den Primär- und Sekundärspannungen ohne Einfluß ist, muß keine Phasenkorrektur berücksichtigt werden«. Wo es gewünscht ist, daß eine induzierte Spannung aus der Sekundärwicklung 29 der Primärspannung weder nachlaufen noch vorauseilen soll, muß jedoch die Wicklungsinduktivität berücksichtigt werden. In einem solchen lall werden die Primärwicklungen 22 mit genügend Windungen gewickelt, damit die Windungen in Verbindung mit den magnetischen Kennziffern der Weicheisenteile 10, 11 und der Weicheisenplatte genügend Primärwicklungsinduktivität aufweisen, um zu bewirken, daß der Primärwicklungsstrom gegenüber der erregenden

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PrimärwieklungsSpannung um einen gewünschten Betrag nacheilt. Deshalb wurden in besonderer Anwendungsform zahlreiche Übertrager derart konstruiert, daß der Primärwicklungsstrom gegenüber der Primärwicklungserregerspannung 50° bis 65° nacheilte. Wenn man diese Phasenversohlebing zu der 90° Phasenverschiebung der in der Sekundärwicklung 29 erzeugten Spannung hinzuaddiert, wie gerade im vorstehenden erwähnt» ergibt dies eine totale Phasen-

b verschiebung von 140° bis 155°« Um eine weitere Phasenverschiebung von 25° bis 40° an der Sekundärwicklungsspannung zu erreichen, die benötigt wird* um diese mit der Primärwioklungsspannung in Phase zu schalten (oder 180° phasenverschoben), wird ein Kondensator C1 in Nebenschluß zu der Sekundärwicklung 29 angeschlossen, wie es' durch eine vereinfachte schematische elektrische Schaltung des Übertragers durch Fig· 4 gezeigt wird, und die Größe des Kondensators 01 derart ausgewählt, um die gewünschte zusätzliche Phasenverschiebung zu erzeugen. Es

' ist offensichtlich, daß dort, wo eine Sekundärwicklungsspannung in einer anderen Phasenbeziehung zu der Primärwieklungserregerspannung gewünscht wird, die Größe von mehreren Wicklungsinduktionswerten und die Wahl der verbundenen Kapazitätswerte in herkömmlicher Weise leicht erreicht wird, um die gewünschte Phasenbeziehung zu erlangen.

Ein wichtiger Vorteil eines erfindungsgemäßen Übertragers ergibt sich aus der Anwendung eines im wesentlichen

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geschlossenen magnetischen Weges, der es ermöglicht, eine wesentliche Stromverschiebung in der Primärwicklung in bezug auf die Primärwioklungserregerspannung zu erreichen und somit den Gebrauch von sehr wenig und einfach erreichbarer Phaseneinstellung in der Sekundärwicklung gestattet. Ein weiterer wichtiger Vorzug der erfindungsgemäßen Übertragerkonstruktion mit seinem im wesentlichen geschlossenen Weg im Primärmagneten ist, daß der Nebeiiechlußfluß, der allein eine Spannung in der Sekundärwicklung erzeugt, in den der Sekundärwicklung benachbarten Luftspalten konzentriert wird. Durch diese Konstruktion ist die Güte der Stromübertragung von den Primärwicklungen zu der Sekundärwicklung gegenüber Differentialübertragern konventioneller Bauart, die dem Stande der Technik angehören, stark verbessert worden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Übertragerkonstruktion ist, daß die Bauweise von Natur aus im wesentlichen ganz abgeechlöBsene Magnetfelder vorsieht und deshalb die inneren Wicklungen gegen die sonst störenden Effekte von irgendwelchen verbleibenden äußeren Magnetfeldern, in denen der Übertrager betrieben werden kann, gut abgeschirmt sind.

Der Gebrauch von nichtmetallischen!, nichtleitendem Material für die Tragstange 32 schließt die Möglichkeit der Bildung irgendwelcher Wirbelströme in der Tragstange und somit die Bildung einer hierauf wirkenden magnetischen Kraft aus. Die Abwesenheit irgendeines magnetischen Materiales in der Tragstange 32 schließt ebenfalls jede Möglichkeit der Ein-

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wirkung magnetischer Kraft auf die Tragstange aus. Die Tatsache, daß keine Spannung oder Strom in der Sekundärwicklung 29 erzeugt wird, wenn die Mittelebene derselben in dem SymmetrieZentrum der Luftspaltmagnetfelder (d.h. die Nullposition) angeordnet sind, schließt somit auch jede auf die Tragstange 32 rückwirkende Kraft aus, was einen wichtigen Vorteil der vorliegenden Übertragerkonstruktion darstellt, in der die Tragstange 32 durch analoge mechanische Ausbildung angeordnet wird, deren Lage durch eine derartige Kraft unerwünscht beeinflußt werden könnte. Ein Beispiel hierzu ist, die Bewegung der Tragstange 32 durch einen Aneroiddosendruckmesser wie im nachfolgenden in einer typischen Anwendungsform beschrieben wird.

In der Praxis wurde gefunden, daß bei Anordnung der Mittelebene der Sekundärwicklung 29 im SymmetrieZentrum der zwischen den Enden der Polstücke 15 und der Bodenplatte 17 erzeugten Luftspaltmagnetfelder die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung 29 den Wert KuIl für die Grunderregerfrequenz der Primärwicklungen 22 aufweist und völlig frei von entweder auf Komponenten, die um 90° phasenverschoben sind oder von Harmonischen der Erregerspannung für die Primärwicklung iste Beide derartige auf Phasenverschiebung um' 90° beruhende Komponenten und Harmonische werden durch herkömmliche, dem Stande der Technik angehörende Differential transformatoren bei Null erzeugt, und weisen so

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große Amplituden auf, daß es erforderlich, ist, äußere Schaltungen zu verwenden, um solche unerwünschten, keine "Funktion aufweisenden "Rauschkomponenten¹¹ entweder aufzuheben oder auszufiltern. Dies trifft besonders für solche Anwendungsfälle zu, wo extreme Empfindlichkeit eine wichtige und wünschenswerte Charakteristik in der besonderen Anwendung von konventionellen Differentialtransformatoren darstellt«

In der Praxis ist es schwer, die Primärwicklungen 22 oder die becherförmigen Teile 10 und 11 absolut identisch herzustellen, so daß die Luftspaltmagnetfeider, die zwischen den Enden der Polstücke 15 und der Grundplatte 17 erzeugt werden, miteinander nicht ganz symmetrisch in Bezug auf die Mittelebene derselben sind« Deshalb ist es im Pail der Primärwicklungen 22 relativ leicht, diese mit der korrekten Anzahl von Windungen vorzusehen, so daß sie, wenn sie in Serie miteinander geschaltet werden, identische AmpSrewindungszahlen des Flusses erzeugen. Variationen in der Geometrie des Eisens und luftspalt können leicht dadurch ausgeglichen werden, indem man einen oder beide luftspalte einstellbar ausbildet. Eine bevorzugte Konstruktion zur Erzielung symmetrischer Angleichung der Magnetfelder an den luftspalten zwischen den Enden der Polstücke 15 und der Grundplatte 17 ist in den Figuren 1 und 2 dargestellt, wobei die konzentrische Öffnung 19 der Bodenplatte 17 ein Innengewinde und und eine mit einem Außengewinde versehene ringförmige Metallhülse 43 aufweist,, die vorzugsweise aus nicht-magneti-

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schem leitenden Material oder aus magnetischem Material gefertigt werden kann» !Diese Hülse ist dafür bestimmt, in die Öffnung 19 geschraubt zu werden, um in den einen oder anderen der luftspalte einzutauchen und somit die gewünschte Symmetrie der'Luftspalt*eider in Beziehung zur Mittelebene der Bodenplatte 17 zu erreichen« Eine derartige Sohraubeinsteilung des Ringes 43 kann während oder naoh der Montage des Übertragers, wenn eine oder beide der im folgenden beschriebenen, die Tragstangen führenden, Membranen 33 weggelassen wird, auf verschiedene ¥/eisen, wie z.B. durch Verwendung einer Endteile aufweisenden Hohlhülse, die in die radialen Spalten (nicht gezeigt) des Ringes 43 eingesetzt werden kann, und durch axial die Position desselben wie gewünscht eingestellt werden kann, um in der Sekundärwicklung 29 eine echte Hullspannung, die frei von Quadraturkomponenten oder harmonischen Spannungskomponenten ist, durchgeführt werden.

In einem dargestellten Induktionsübertrager gemäß der Erfindung wurden die becherförmigen Teile 10 und 11 und die Bodenplatte 17 aus Weicheisen mit einem Nickelgehalt von 49 Ι» hergestellt, jede Primärwicklung 22 wurde mit 6000 Wicklungen aus No. 40 emailliertem Kupferdraht gewickelt, die Sekundärwicklung 29 wurde mit 500 Wicklungen aus No. emailliertem Kupferdraht gewickelt und ein Kondensator von 56 yui¹ wurde parallel zu der Sekundärwicklung 29 angeschlossen, um eine Einstellung der induzierten Sekundärspannung der Wicklung 29 so zu erreichen, daß sie bis auf ein oder

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zwei Grad In-Phaae- oder genau 180° phasenverschoben zu der Erregerspannung der Primärwicklung steht« In dem derart gebauten Übertrager und mit den in Serie geschalteten Primärwicklungen 22 und erregt mit einer Primärspannung von 16 Volt SS und 60 Hz war die induzierte Sekundärspannung der Sekundärwicklung 29 etwa 0*2 mV SS für jedes lOOOstel Zoll «-- Verschiebung nach Jeder Seite des Symmetriezentrums (oder Null-Position) der zwischen den Enden der Polstücke 15 und der Bodenplatte 17 erzeugten Luftspaltmagnetfelder. Dieser Sekundärspannungswert entspricht ungefähr 0·6 AiV SS für jedes 3.000.000 stel Zoll Verschiebung der Sekundärwicklung aus der Nullposition. Figur 5 stellt graphisch die Beziehung zwischen der in der Sekundärwicklung 29 induzierten Spannung und der Verschiebung derselben nach einer Seite der Nullposition dar, die durch das SymmetrieZentrum der Magnetfelder bedingt wird, welche in den Luftspalten an den Enden der Polstücke entwickelt werden» wie sie in einem typischen erfindungsgemäßen Induktionsübertrager gemessen wurde.

Es ist offensichtlich, daß die Amplitude der induzierten Ausgangssekundärwicklungsspannung linear mit Verschiebung der Sekundärwicklung von der Nullposition über einen wesentlichen Bereich von Verschiebungen variiert. Verschiebungen der Sekundärwicklung in der entgegengesetzten Richtung von der Nullstellung resultieren in einer ähnlichen Spannungs-Amplitudencharakteristik wie sie in Figur 5

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gezeigt ist, aber mit dem Unterschied, daß die in der Sekundärwicklung für eine Veränderungsrichtung induzierte Spannung eine der induzierten Spannung entgegengesetzte Phase aufweist, was durch Veränderungen der Sekundärwicklung in entgegengesetzter Richtung bewirkt wurde.

Figur 6 zeigt eine typische Anwendungsform eines· Induktionsübertragers gemäß Figuren 1 und 2 in einem typischen elektromechanischen Servosystem, der auf ein Aneroiddosendruckmeßgerät einwirkt, verwendet wird. Komponenten der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform eines Induktionsübertragers, die denen von Figuren 1 und 2 entsprechen, werden mit ähnlichen Bezugszeichen und . analoge Komponenten mit entsprechenden Bezugszeichen gestrichen, bezeiehnet. In der Anordnung gemäß Figur 6 werden die in der Konstruktion gemäß 1 für die Sekundärwicklungstragstange 32 verwendeten Endmembrane 33 weggelassen und die Sekundärwicklung 29 wird beweglich von einer Tragstange 32 getragen, die direkt durch einen Ansatz 45 an einem Aneroiddosendruckmeßgerät 46 befestigt ist. Die Druckdose 46 bildet eine Komponente einer Konstruktion zur Übersetzung von Iinear-Zu-Drehbewegung, die hier nur schematisch dargestellt ist, aber genauer beschrieben und beansprucht in der schwebenden Anmeldung von William DeMair et al ist, die das Aktenzeichen (D-7154) trägt, gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung

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angemeldet wird und an die gleiohen Rechtsnachfolger übertragen wurde, wie die vorliegende Anmeldung.

Die Meßdose 46 wird an einem an einem Grundgußteil 48 geformten Stehbolzen 47 gehalten, der eine Öffnung 49 aufweist, die sich durch den Stehbolzen 47 erstreckt, von dem ein Gas oder eine Flüssigkeit unter Druck durch eine Rohrleitung 50 in das Innere der Meßdose 46 geführt wirdo Die Grundplatte 17'des Übertragers erstreckt sich in ein abgewinkeltes Endteil 51» das drehbar durch räumlich unterteilte Paare von flachen lederkreuzbiegungsteilen 52 und 53 gelagert ist, deren Enden wie gezeigt an einem von der Grundplatte 48 aufstehenden Flansch 54 befestigt sind« Das gegenüberliegende Ende der Bodenplatte 17' hat einen damit fest verbundenen Verlängerungsarm der in einer glatt ausgeformten Gleitnocke 56 endet, die auf einer Führungsfläche 57 an dem U-förmigen Schlitten aufliegt« Die abgewinkelten Arme 59 und 60 des Schlittens 58 haben coaxial angeordnete und glatt gebohrte Führungsöffnungen 61 zur Halterung und Führung auf einer Stange 62, die zwischen den beiden emporstehenden Flanschen 63 und der Grundplatte 48 liegt und an diesen befestigt ist. Der abgewinkelte Arm 59 hat auch eine glatt gebohrte Öffnung 65, die coaxial mit einer Öffnung 66 mit Innengewinde fluchtet, die zur wechselweise bewegten Halterung über einer Welle 67 drehbar an seinen gegenüberliegenden Enden in den Flanschen 63 und 64 gelagert ist. Das rechte Ende der Welle 67 besitzt eine glatte Oberfläche zur gleitenden Verbindung mit der Öffnung 65 des Schlittens 58, und

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sein linkes Ende ist mit Gewinde versehen zur Schraubverbindung mit der öffnung 66 des Schlittens, wie gezeigt. Eine herkömmliche, den toten Gang aufnehmende Mutter 68 wird auf die Welle 67 geschraubt,- um eine Drahtspiralfeder 69 zusammenzudrücken und wird gegen Rotation durch einen Stutzen 70, der in einer mit Ge~ winde versehenen Öffnung 71 des Schlittens 58 angeordnet ist. Die Welle 67 ist gegen Längsverschiebung durch

* Stellringe 72 und 73, die an gegenüberliegenden Seiten des Grundplattenflansches 64 angeordnet sind, gesichert und ferner an der Welle in jeder beliebigen Weise, wie z.Be durch Gebrauch von Stiften oder Stellschraube, befestigt. Am Ende der Welle 67 ist ein beweglicher Zahnkranz 74, der mit der Antriebsschnecke 75 im Eingriff steht, die an einem Ende der Welle 76 des Antriebsmotors 77 befestigt ist₀ Das gegenüberliegende Ende der Motorwelle 76 ist mechanisch angeschlossen, um einen Digitalzähler 78 zu betreiben, der an der Grundplatte 48,

wie gezeigt, befestigt ist.

Die Primärwicklungen 22 des Übertragers' sind in Serie mit den gegengeschalteten magnetischen Polaritäten in der durch die Polaritatspunkte von 3?ig_e 4 gezeigten Weise geschaltet, und werden durch einen Transformator 81 von einer Wechselstromquelle, die den Wechselstrom an die Erregeranschlüsse 82 liefert, gespeist. Diese Wechselstromkraft speist auch eine Kraftleltung und einen Servoverstärker 83, was mehr im einzelnen in der gleichzeitig

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eingereichten und an dieselben Rechtsnachfolger übertragenen Anmeldung (D-5945) desselben Anmelders beschrieben und beansprucht wird. Die induzierte Spannung von der Übertragersekundärwicklung 29 wird durch die Zuleitung 84 als ein Fehlereingangssignal an das Gerät 83 geliefert. Wenn der Druck des Gases oder der Flüssigkeit, die durch das Rohr 50 zu der Meßdose 46 geliefert wird, wechselt, bewirkt die Meßdose 46 eine entsprechende Verschiebung der Sekundäraufnahmewicklung 29 nach der einen oder anderen Seite der Nullstellung oder Symmetrieposition der Magnetfelder, die in den Luftspalten an den Enden der Übertragerpolteile 15 entstehen.

Aus den oben erläuterten Gründen wird eine resultierende Sekundärauslaßspannung in der Sekundärwicklung 29 des Übertragers induziert mit einer Amplitude, die entsprechend der Größe der Verschiebung der Sekundärwicklung von der Nullposition und mit einer von der Richtung der Sekundärwioklungsverschiebung von der Nullposition abhängigen Phase variiert. Diese induzierte Spannung wird als Fehlersignal durch die Leitungen 84 zum Gerät 83 geführt _t das das Signal dazu benützt, Erregerspannung zu erzeugen und an den Motor 77 durch, eine Ausgangsschaltung 85 zu führen, was den Motor 77 dazu veranlaßt, sich in einer oder'anderen Richtung zu drehen, was von der Phase der in der Sekundärwicklung 29 erzeugten Ausgangsspannung abhängt. Der Motor 77 dreht die Welle 67 über die Zahnräder 74 und 75 und diese Drehbewegung der Welle 67 verschiebt den

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Schlitten 58 linear längs der Welle 67.■ Die Gleitfläche 57 des Schlittens bewegt daraufhin über den Hockenarm 55 die Magneteinheit des Umwaikdlers in einer Drehung um eine reibungslose nicht verschiebbare Biegungsachse der Querbiegungsfedern 52 und 53, um hierbei die Magnetstruktur des Übertragers in eine Richtung und in solchem Ausmaß zu verschieben, daß ein Symmetrietezentrum seiner Magnetfelder zu der herrschenden Position»zu der· die Sekundärwicklung 29 durch die Meßdose 46 bewegt wurde, wiederhergestellt wird. Diese Rückführung der Magnetstruktur des Übertragers verringert die induzierte Spannung der Sekundärwicklung 29 bis zum Nullwert, woraufhin die Erregung des Motors 77 durch das Servogerät 83 endet, um eine weitere Schwenkungsverschiebung der Magnetstruktur des Übertragers zu stoppen. Die Stellung , zu der die Magnetstruktur, des Übertragers auf diese Weise bewegt wurde, nach der Positionierung der Sekundärwicklung 29 durch die Membran 46, wird digital durch das Digitalanzeigegerät 78 angezeigt. Das Sjstem verbleibt in Ruhe bis die Stellung der Sekundärwicklung 29 wieder durch die Meßdose 46 ale Reaktion auf eine Änderung des Flüssigkeitsdruckes verändert wird.

Figur 7 stellt teilweise in Querschnitt eine erfindungsgemäße Anwendung ähnlich zu der eben beschriebenen dar, in der aber der erfindungsgemäße induktive Übertrager in Kombination mit einer Aneroid Differenzialdruckmeßdose gebraucht wird. Der induktive Übertrager ist hier an Hand

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eines Beispieles gezeigt, wo er Polstücke 15 mit stumpfdndenden Polschuhen 26' aufweist, und wie in der Anordnung der .Fig. 6 ist die Umwandlersekundärwicklung 29 beweglich auf einer in eine Nut 45' geschraubte Stange 32' befestigt, die an einer Aneroiddruckmeßdose 46 angebracht ist« Wie gezeigt, wird diese durch ein an einer Grundplatte 89 befestigtes, becherförmiges Gehäuse 88 befestigt, die durch nicht gezeigte Mittel von der Grundplatte 48 der Übertragung von linear auf Drehbewegung der Figur 6 gehalten wird« Die Platte 89 ist mit einer konzentrischen Öffnung 90 versehen, in die mit einem luftdichten Verschluß ein hermetisch verschlossenes zylindrisches Gehäuse 91 eingesetzt und gesichert- ist, das konzentrisch mit der Achse des Übertrageraufbaus angeordnet ist und sich durch dieses longitudinal wie gezeigt erstreckt. Das Gehäuse 91 ist aus irgendeinem konventionellen Material hergestellt, das nicht-magnetische Eigenschaften, die mit hoher elektrischer Widerstandsfähigkeit verbunden sind, aufweist, wie z.B. Hastelloy Alloy C, hergestellt von der Haynes Stellite Company· of Kokomo, Indiana. Diese elektrischen Eigenschaften des Materials des Gehäuses 91 führen dazu, das das Gehäuse geringen oder keinen bedeutenden Einfluß auf die Phase oder Amplitude der Spannung besitzt, die in der Sekundärwicklung 29 induziert wird, wobei diese, wie gezeigt, im Innern angebracht ist.

Das becherförmige Gehäuse 88 ist innerhalb eines weiteren becherförmigen Gehäuses 92 angebracht, das außenherum einen

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End flans eh. 93 besitzt und is-t hermetisch mit der Montageplatte 89 verbunden, um so einen Innenraum 94 zu bilden, der mit einem Innenraum 95 des Gehäuses 88 durch Öffnungen 96 in den Seitenwänden der letzteren verbunden ist. Der Druckmeßdose 46 wird durch ein Rohr 50 Gas oder Dampf unter Druck zugeführt und die Kammer 94 wird in ähnlicher Weise durch ein Rohr 97 mit Gas oder Dampf unter einem Druck als der der Kapsel.46 durch das Rohr 50 zugeleitete, gefüllt. Die Meßdose 46 reagiert dementsprechend auf den Unterschied zwischen dem inneren und dem äußeren Gas-oder Dampfdruck durch eine axiale Verschiebung der Sekundärwicklung des Übertragers, entsprechend dem herrschenden Druckunterschied. Der soeben beschriebene Aufbau kann somit verwendet v/erden für ein Kontinuierliches Anzeigesystem entsprechend dem in"Mg. gezeigten Typ, um die Anzeige von Gas- oder Druckunterschieden zu liefern.

Aus der vorausgegangenen Beschreibung wird ersichtlich, daß ein erfindungsgemäßer Induktionsübertrager ein Übertrager ist, der fest angeordnete Primärwicklungen besitzt, die differentiell magnetisch gekoppelt sind mit verbesserter Energieübertragung auf eine relativ bewegliche Sekundärwicklung,in der für die Ausgangsspannung lull in der Sekundärwicklung bei der- Grundfrequenz keine 90° phasenverschobenen oder harmonischen Komponenten der Ausgangsspannung auftreten und in der keine bemerkenswerten magnetischen Gegenkräfte auf die Sekundärwicklung einwirken.

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Ein erfindungsgemäßer Induktionsübertrager hat ferner den Vorteil, daß er eine verbesserte, relativ billige und trotzdem robuste Konstruktion aufweist, die durch im wesentlichen völlig geschlossene Magnetfelder gekennzeichnet ist, die gut von den andererseits störenden Einwirkungen umgebender externer Magnetfelder, in denen der Übertrager betrieben werden kann, abgeschirmt sind.

Obwohl spezifische Ausführungsformen der Erfindung zur Erklärung beschrieben wurden, kann angenommen werden, daß zahlreiche Veränderungen möglich sind, ohne vom Geiste der Erfindung abzuweichen.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

1. Induktionsübertrager, gekennzeichnet durch ein Paar ■becherförmiger'Teile (10, 11) mit einem hohlen, zentralen, inneren magnetischen Polschuh (15) von geringerer Länge

^. als die Seitenwand (13) der becherförmigen Teile (10, 11)

die sich von der Grundplatte (12) eines jeden der Teile

erstreckt, einer Grundplatte (12) aus magnetischem Material und einer Öffnung (16); Mittel (18) zum Zusammensetzen der Teile, so daß.die offenen Enden der becherförmigen Teile zueinander passen und sich auf den beiden Seiten der Platte (17) gegenüberstehen mit den mit dem Rand der genannten Öffnung (16) ausgerichteten Polschuhen (15), wobei diese einen geschlossenen magnetischen- Aufbau von koaxialer Form haben, die an jeder Seite des Aufbaus die ) Grundplatte (12) eines jeden becherförmigen Teiles (10, 11) aufweist und mit den genannten zentralen Polschuhen (15) gegeneinanderstehen ohne sich.oder die Plattenteile zu berühren und die Plattenteile den Magnetfluß der becherförmigen Teile verlängern, um im Bereich der

Öffnung (16) einen magnetischen Pol koaxial zum Ende des

CD

oo Polsohuhes (15) eines jeden becherförmigen Teiles (10, 11)

N)

o angeordnet ist; eine elektrisch isolierte Primärwicklung ° (22) innerhalb jeden becherförmigen Teiles (1o, 11), die ^, um die Polschuhe (15) herum angeordnet sind, die Windungen elektrisch miteinander verbunden und derart

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gewickelt sind, daß bei fortwährender elektrischer Erregung desselben mit Wechselstrom magnetische vifechselfeider von gegengesetzter ..olarität in den !olschuhen (15) induziert werden; eine elektrische Sekundärwicklung (29) und Mittel (32) um die Sekundärwicklung (29) verschiebbar zu halten im wesentlichen in koaxialer Anordnung mit den Öffnungen (19) des xlattenteiles (17) befestigt zur Axialverschiebung über einen bestimmten Bereich durch und beiderseits der genannten Öffnung (19) des xlattenteiles (17) sich erstrecken, wobei jede 'wechselspannung, die in der Sekundärwicklung (29) induziert wird, bezüglich Amplitude und Phase von diesem wechselstrom abhängen, so daß sie bezüglich Größe und Richtung der Verschiebung der Sekundärwicklung (29) vom oymmetriezentrum der Magnetfelder bezeichnend sind.

2. Induktionsübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet., daß jeder Tolschuh (15) mit der Grundplatte (12) eines der beiden becherförmigen l'eiles (10, 11) magnetischen Schluß besitzt.

3. Induktionsübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder iolschuh (15) an den der Basisplatte (12) abgewandten beite in eine im allgemeinen schneidenförmige Polspitze (26) endet, damit zwischen der blatte (17) und den entfernt liegenden Enden (26) der roischuhe

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(15) ein Paar magnetischer Felder symmetrisch an gegenüberliegenden Seiten zur Wiittelebene der ilatte (17.) entstehen, wobei jedes PeId eine axial gebündelte -Form des Magnetfeldes besitzt,

4. Induktionsübertrager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder i-öl schuh. (15) zylindrische "JOrni hat und die Oberfläche seines schneidenförmigen i-olschuhes (26) auf einer Oberfläche eines Konus liegt, der seinen Scheitel auf einer durch den Polschuh führenden Achse in einem gewissen Abstand vom entfernt liegenden Ende besitzt.

5. Induktionsübertrager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (13) eines jeden becherförmigen Teiles (.10, 11) und der Polschuh (15) desselben zylindrische Form aufweisen, die konzentrisch mit den beiden gemeinsamen Achsen sind, und wobei die öffnung (16) der Platte kreisrunde Form hat.

6. Induktionsübertrager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die becherförmigen Teile (10, 11) an den gegenüberliegenden Seiten der Platte (17) angeordnet und befestigt sind.

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7. Induktionsübertrager gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwand (13) eines jeden becherförmigen Seiles (10, 11) in einem radialen Flansch (14) endet und wobei die becherförmigen Teile (10, 11) mittels ihrer radialen Flansche (14) an gegenüberliegenden Seiten der Platte (17) angeordnet und befestigt sind.

8. Induktionsübertrager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Primärwicklungen (22) aus einer Vielzahl von Windungen von elektrisch isoliertem Draht hergestellt ist, die auf einem Spulenkörper (23) aus elektrisch isolierendem Material gewickelt werden, so daß diese einen der beiden Polschuhe (15) umgeben und von diesem gehalten werden, und wobei die Sekundärwicklung (29) aus einer Vielzahl von Windungen aus elektrisch isoliertem Draht hergestellt ist, der in einer konzentrischen Nut (30) eines radial'angeflanschten Spulenkörpers (31) aus elektrisch isolierendem Material zur Aufnahme der Sekundärwicklung (29) läuft.

9. Induktionsübertrager gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (32) zur Lagerung der Sekundärwicklung

(29) in im wesentlichen koaxialer Anordnung in der Öffnung ;

(40) der blatte (17) und axial über einen Bereich verschieb- I bar vorgesehen sind.

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1ü. Induktionsübertrager gemäß Anspruch 9, dadurch-gekennzeichnet, daß die Grundplatte (12) von mindestens einem becherförmigen Teil (10, 11) mit einer zentralen Öffnung (25) versehen ist, durch die Befestigungsmittel in das Innere eines der beiden I'olstücke führen. .

11. Induktionsübertrager gemäß Anspruch 1.,.. dadurch gekenn-. " zeichnet, daß ein geschlossener Metallring (45) und Mittel zur konzentrischen Lagerung in der Öffnung (19) der Platte (17) und einstellbar axial verschiebbar von der Mittelebener derselben vorgesehen sind, um relative Symmetrie, zwischen den zwei Magnetfeldern zu erreichen, die zwischen den Polschuhen und den Polen des llattenteiles (17) entstehen..,

■ 12. Induktionsübertrager gemäß Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (19) des plattenteileo (1.7.) rund _k ist und ein Innengewinde besitzt und einen mit einem Außengewinde versehenen, zylindrischen, spal.tfreien Ring-(43) aus elektrisch leitfähigem Material enthält, der einstellbar in die öffnung (19).eingeschraubt werden kann und eine einstellbare Rotationsverschiebung axial zur "Mittelebene desselben ermöglicht, um durch die Einstellung,. eine relative Symmetrie der zwei Magnetfelder, die. zwischen.. den JOlschuhen (15) und dem j öl des. „.lattenteiles (17) entstehen, zu ermöglichen...

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13· Induktionsübertrager gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der geschlossene Ring (43) eine axiale Länge hat, die größer als die Dicke der Platte (17) ist.

14. ' Induktionsübertrager gemäß Anspruch 1 und folgenden, gekennzeichnet durch ein Paar zylindrische becherförmige Teile (10, 11) aus magnetischem Material, jedes mit einem Boden (12) und einer Seitenwand (13)> die auf der gegenüberliegenden Seite in einen fest verbundenen radialen Plansch (14) endet und mit einem hohlen konzentrischen, inneren, zylindrischen polschuh (15) fest verbunden ist, der geringere Länge als die Seitenwand (13) jedes Becherteiles (10, 11) aufweist; Mittel (18) zur Befestigung der Plansche (14) der becherförmigen Teile (1o, 11) an beiden Seiten einer ...latte (17) um einen'geschlossenen magnetischen Aufbau mit koaxial zueinander und zur öffnung (19) dieser Platte (17).angeordneten becherförmigen Teile (10, 11) zu ermöglichen; jeder der zylindrischen Polschuhe (15) vom Boden eines der becherförmigen Stücke (10, Ii) in Eichtung zum Boden des anderen steht, ohne daß die Polschuhe (T5) sich oder die Platte (17) berühren; eine aus vielen vfindungen bestehenden elektrisch isolierten Primärwicklung (22) innerhalb jeden becherförmigen Teiles (10, 11) um den Polschuh (15) herum; Wicklungen (22)

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elektrisch verbunden und so gewickelt sind, daß bei gleichzeitiger elektrischer Lrregung derselben mit i'/echselstrom magnetische Wechselfelder von entgegengerichteter Polarität in den Polschuhen (15) induziert werden; Mittel (43) innerhalb der öffnung (19) der xlatte (17) angebracht sind, so daß sie einstellbar axial gegen die Mittelebene derselben verschoben werden können, um eine relative Symmetrie der zwei magnetischen Felder, die zwischen den Polschuhen (15) und der Platte (17) entstehen, zu gewährleisten^ eine aus einer Vielzahl von Windungen bestehenden Sekundärwicklung (29) und Mittel (43) zur beweglichen Lagerung der Sekundärwicklung (29) in im wesentlichen koaxialer Anordnung innerhalb der Öffnung (19) der Platte (17) zur axialen Verschiebung über einen Bereich durch und beiderseits der öffnung (19) der Platte (17), wobei jede ηechselspannung, die in der Sekundärwicklung (29) induziert wird, eine von Amplitude und Phase } des Wechselstromes abhängige Größe besitzt, die für die Größe und Richtung der Verschiebung der Sekundärwicklung (29) vom SymmetrieZentrum der Magnetfelder bezeichnend ist.

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