DE2806660C2

DE2806660C2 - Elektromechanische Vorrichtung, insbesondere Stellungsanzeiger

Info

Publication number: DE2806660C2
Application number: DE2806660A
Authority: DE
Inventors: Klas Rudolf Täby Wiklund
Original assignee: Geotronics AB
Current assignee: Geotronics AB
Priority date: 1977-02-16
Filing date: 1978-02-16
Publication date: 1985-11-28
Also published as: CH637250A5; US4223300A; DE2806660A1; SE406642B; SE7701675L; FR2381284B1; GB1585745A; JPS6050285B2; JPS53102071A; FR2381284A1

Description

nen.

. _t Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattung zu schaffen, welche sich bei robustem Aufbau dadurch auszeichnet, daß eine besonders hohe Meßgenauigkeit gewährleistet wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung wird der wesentliche Vorteil erreicht, daß eine überraschend hohe Meßge:/duigkeit auch dann gewährleistet ist, wenn keine engen Fertigungstoleranzen eingehalten werden.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Drehmelder durchläuft bei jeder mechanischen Umdrehung seines Rotors mehr als eine elektrische Periode, so daß die Wicklungen für jede elektrische Periode zwei Spulen mit engegengesetztem Wickelsinn durchlaufen. Dies führt zu einer sehr stabilen Erzeugung von Winkelmeßwerten, solange nur eine hinreichende Reproduzierbarkeit für jede mechanische Umdrehung des Drehmelders gewährleistet ist

. Bei der im Anspruch 9 gekennzeichneten Ausgestal-Jung der Erfindung wird erreicht, daß im Meßsignal beistimmte Harmonische unterdrückt werden, die andernfalls als Störungen wirken würden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme der Zeichnung näher erläutert; es zeigt F i g. 1 a ein Wicklungsmuster;

F i g. Ib einen Schnitt durch eine unter Verwendung des in der Fig. la gezeigten Wicklungsmusters aufgebaute erste Ausführungsform der Vorrichtung;

F i g. 2 einen Drehmelder mit einem Wicklungsmuster der in der F i g. 1 a gezeigten Art;

F i g. 3 eine zweite Ausführungsform eines verwendbaren Wi^klungsmusters;

F i g. 4 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Drehmelders;

Fig.5a bis 5d für einen Drehmelder gemäß der F i g. 4 brauchbare Wicklungen;

F i g. 6 eine weitere Ausführungsforrn einer verwendbaren Wicklung;

F i g. 7 bis 9 eine weitere Ausführungsform für eine Vorrichtung der in den F i g. la und Ib gezeigten Bauart;

Fig. 10 und 11 zwei Bauformen für Primärwicklungen;

F i g. 12 und 13 zwei Ausführungsformen für Wicklungen eines Drehfeldgebers; und

Fig. 14 ein Beispiel für eine Schaltung zum Anschloß der Meßwicklungen an eine Anlage zur Auswertung der Meßergebnisse.

In der Fig. la ist eine erste Ausführungsform eines Wicklungsmusters für ein Meßgerät in Form eines schematischen Diagramms dargestellt. Im oberen und im unteren Teil dieser Darstellung ist ein und dieselbe Primärwicklung 1 bei Betrachtung aus der gleichen Richtung wiedergegeben. Diese Primärwicklung 1 weist ein sich zyklisch wiederholendes Muster auf, das die Form einer Spule mit etwa rechteckigen Windungen, die ähnlich wie bei einer Spirale ineinandergesetzt sind, aufweist, sich in horizontaler Richtung erstreckt und einen magnetischen Fluß erzeugt, dessen Stärke senkrecht zur Ebene der Primärwicklung 1 entlang deren Längsrichtung variiert. Ganz rechts in der Fig. la ist in deren oberer Hälfte ein Zyklus der Primärwicklung 1 dargestellt Die Primärwicklung 1 wird mit sinusförmigem Wechselstrom gespeist Im oberen Teil der Fi g. la sind weiter zwei Meßwicklungen 2 und 3 dargestellt die sich entlang einer Seite (Seite 1) der Primärwicklung 1 bewegen lassen, während im unteren Teil der Fig. la zwei weitere Meßwicklungen 4 und 5 dargestellt sind, die sich entlang der anderen Seite (Seite 2) der Primärwicklung 1 bewegen lassen. Der Klarheit der Darstellung halber ist die Primärwicklung 1 in der F i g. 1 a mit gestrichelten

ίο Linien dargestellt, obgleich sie in der tatsächlichen Ausführungsform selbstverständlich aus ununterbrochenen Leitern besteht

Die Fig. Ib zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit einer Primärwicklung 1 gemäß der F i g. la. Ein Pfeil A in der Fi g. Ib zeigt die Richtung an, aus der die Wicklungen in der Fig. la gezeigt sind. In der Fig. Ib ist die Primärwicklung 1 stabil angeordnet, indem sie beispielsweise als gedruckte Schaltung auf einer Platte 7' aus starrem Material ausgeführt ist. Jeder Zyklus der Primärwicklung 1 umfaßt zwei etwa spiralig gewickelte Spulen 1' und 1", die so gewickelt sind, daß die von ihnen erzeugten magnetischen Felder jeweils in entgegengesetzte Richtungen weisen. Die Spulen 1' und 1" jedes Zyklus der Primärwicklung 1 sind jeweils durch Leiter 6 miteinander verbunden, die auf der anderen Seite der Platte T verlaufen, welche dem Wickiungsmuster gegenüberliegt Auf der Seite der Platte 7', die die Primärwicklung 1 trägt ist zur Versteifung und als Abstandshalter eine weitere Platte 7" angeordnet.

Eine weitere Ausführungsform für eine Primärwicklung wird nachstehend in Verbindung mit den F i g. 5a und 5b beschrieben. Diese in den F i g. 5a und 5b dargestellte Primärwicklung ist der Ausführungsform einer Primärwicklung gemäß den Fig. la und Ib vorzuziehen, da sie die Platten T und 7" in vorteilhafterer Weise ausnutzt.

Auf den Außenseiten der Platten T und 7" sind weitere Platten 8 bzw. 9 angeordnet die parallel zu den Platten 7' und 7" verlaufen. Auf der der Platte T zugewandten Seite der Platte 8 sind Meßwicklungen 2 und 3 angeordnet während die Platte 9 auf ihrer der Platte 7" zugewandten Seite Meßwicklungen 4 und 5 trägt. Auf ihrer der Platte 8 zugewandten Seite ist die Platte T mit den Leitern 6 für die Verbindung der einzelnen Spulen 1' und 1" der Primärwicklung 1 versehen.

Wie die Darstellung der Fig. la zeigt, weisen die Meßwicklungen 2 bis 5 jeweils zwei Spulen mit einander entgegengesetztem Wickelsinn auf, die wie bei der Primärwicklung 1 mit etwa rechteckigen Windungen, die ähnlich einer Spirale ineinandergesetzt sind, gewickelt sind. Die beiden Spulen jeder der Meßwicklungen 2 bis 5 sind mit entgegengesetztem Wickelsinn und in solchem Abstand zueinander angeordnet, daß sie jeweils einen vollständigen Polschritt der Primärwicklung 1 zwischen sich einschließen. Jede der Meßwicklungen 2 bis 5 auf beiden Seiten der Primärwicklung 1, also oberhalb und unterhalb der Zeichenebene in der Fig. la, erstreckt sich so weit, daß jede Windung jeder Meßwinklung in Querrichtung über die Primärwicklung 1 hinausreicht.

Es versteht sich, daß auf den jeweiligen Seiten der stationären Primärwicklung 1 als Meßwicklungen ein Paar von Sinuswicklungen 2 und 4 und ein Paar von Kosinuswicklungen 3 und 5 vorgesehen istj wobei die Spulen des Sinuswicklungspaares 2 und 4 und die Spulen des Kosinuswicklungspaares 3 und 5 miteinander in Serie geschaltet sind. Die Meßwicklungen 2 und 3 und die Meßwicklungen 4 und 5 sind derart gegeneinander

verschoben, daß der von dem einen Paar von Meßwicklungen 2 und 4 erfaßte magnetische Fluß um 90° (d. h. eine halbe: Polteilung) in bezug auf den von dem anderen Paar von Meßwicklungen 3 und 5 erfaßten magnetischen Fluß versetzt ist, wodurch das eine Wicklungspaar in etwa den Sinuswert und das andere Wicklungspaar in etwa den Kosinuswert der Winkelstellung (Winkelstellung innerhalb einer Periode) des entsprechenden Paares von Meßwicklungen anzeigt. Auf diese Weise liefert für die Bezugsstellung mit dem positiven Winkel

0 das Sinuswicklungspaar 2 und 4 ein O-Signal und das Kosinuswiicklungspaar3 und 5 ein Maximalsignal.

Damit sich das Ausgangssignal von den Meßwicklungen so gleichförmig wie möglich ändert, sind die Windungen der Primärwicklung 1 geneigt, so daß die einzelnen Leiter der Primärwicklung, die sich quer zur Bewegungsrichtung erstrecken, annähernd eine solche Neigung aufweisen, daß ihre Verschiebung von einem Ende zum anderen in der Bewegungsrichtung mindestens dem Abstand zwischen zwei benachbarten Leitern in Bewegungsrichtung entspricht. Das Ausgangssignal aus jedem der in Serie geschalteten Wicklungspaare 2 und 4 bzw. 3 und 5 ergibt sich in jedem Falle zwischen deren Enden. Die Primärwicklung 1 wird mit einem sinusförmigen Wechselstrom gespeist und die in jeder der Meßwicklungen induzierte Spannung hängt von der Anzahl der Windungen ab, in denen durch das magnetische Feld von der Primärwicklung 1 Strom induziert wird. Die Spannung an den Meßwicklungen ist selbstverständlich eine Wechselspannung, so daß dementsprechend der Effektivwert, der Spitzenwert oder der Mittelwert erfaßt werden können, um eine Stellungsanzeige zu erhalten.

Da die Meßwicklungen 2 und 4 bzw. 3 und 5 symmetrisch ausgeführt und auf den entsprechenden Seiten der Primärwicklung 1 angeordnet sind, ergibt sich von selbst eine Kompensation einer etwaigen Relativbewegung quer zur Bewegungsbahn. Dadurch, daß der kürzeste queriaufende Leiter jeder Meßwicklung langer ist als der längste entsprechende Leiter der Primärwicklung in Querrichtung, wird der Einfluß von Fehlern in Querrichtung zwischen den Platten T, 7", 8 und 9 vermindert Bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 a und

1 b ist angenommen, daß die Primärwicklung 1 auf einem stationären Träger sitzt, während die Meßwicklungen 2 bis 5 auf einem beweglichen Träger angeordnet sind. Zweckmäßigerweise sind alle Wicklungen als gedruckte Schaltungen ausgeführt.

Wenn der erfindungsgemäß ausgebildete Stellungsanzeiger als Winkelmesser verwendet werden soll, kann das in der Fig. la gezeigte Wicklungsmuster in der in der Fig.2 dargestellten Weise auf drei zylindrischen Trägern angeordnet werden. Dabei können die Wicklungen entweder so ausgebildet werden, daß das in der Fi g. la zwischen den strichpunktierten Linien B und C dargestellte Muster die gesamte zylindrische Wicklung bildet oder es kann dieses Muster zwischen den strichpunktierten Linien B und C je nach der gewünschten Anzahl von Polen entsprechend oft wiederholt werden. In der F i g. 2 ist die Primärwicklung t auf der Außenseite eines Zylinders 10 angeordnet, wobei die als Querverbindungen dienenden Leiter 6 auf der Innenseite dieses Zylinders 10 verlaufen. Es versteht sich, daß der Zylinder 10 statt dessen mit einer Primärwicklung der unten in Verbindung mit den Darstellungen der Fig.5a und 5b beschriebenen Bauart versehen werden kann, wobei dann Wicklungsteile sowohl auf der Innenseite als auch auf der Außenseite des Zylinders 10 liegen. Die Meßwicklungen 2 und 3 sind auf der Außenfläche eines Zylinders 11 angeordnet, der radial innerhalb des Zylinders

10 angeordnet ist Die Meßwicklungen 4 und 5 befinden sich auf der Innenseite eines Zylinders 12, der radial außerhalb des Zylinders 10 angeordnet ist. Wie die Darstellung der F i g. 2 zeigt, stehen die Zylinder 11 und 12 mit einer Querwand 13 in Verbindung. Bei diesem Aufbau können der Zylinder 10 zum Rotor und die Zylinder

11 und 12 zum Stator oder umgekehrt die letzteren zum Rotor und der Zylinder 10 zum Stator gemacht werden.

ίο In der F i g. 3 ist eine weitere Ausführungsform für die Sinus- und Kosinuswicklungen der Meßwicklungen auf beiden Seiten der Primärwicklung 1 dargestellt Wie bei einem Vergleich zwischen den Darstellungen der F i g. 1 a und 3 ersichtlich ist, sind alle Meßwicklungen an derjenigen Stelle in zwei getrennte Spulen unterteilt an der sich der Wickelsinn ändert. Diese getrennten Spulen sind dann auf die beiden Seiten i und 2 der Primärwicklung 1 verteilt. Spezieller ausgedrückt ist die Meßwicklung 2 derart unterteilt, daß sich eine Spule A \ auf der Seite 1 und eine Spule Ai auf der Seite 2 ergibt. Die Meßwicklung 3 ist in eine Spule B₁ auf der Seite 1 und eine Spule Bi auf der Seite 2 unterteilt Folglich kann die Meßwicklung 4 in eine Spule A). die entweder auf der Seite 1 oder auf der Seite 2 angeordnet werden kann, und eine Spule Ai, auf der anderen Seite unterteilt werden, während die Meßwicklung 5 derart aufgeteilt ist, daß sich eine Spule Bz auf der gleichen Seite wie die Spule A₃ und eine Spule Ba auf der gleichen Seite wie die Spule At ergibt. Analog zu der Ausführungsform der F i g. 1 a kann das in der F i g. 3 zwischen den strichpunktierten Linien D und E gezeigte Wicklungsmuster wiederholt und in der in der F i g. 2 gezeigten Weise angeordnet werden. Die Darstellung der F i g. 2 kann auch einen Drehmelder veranschaulichen, der vorzugsweise gegossene Kupferspulen besitzt die eisenfrei sind.

Wenn die Ausführungsform der F i g. 2 als Drehmelder ausgebildet werden soll, können sich beim Zusammenbau gewisse Probleme ergeben, da die Zylinder 10 bis 13 insbesondere in radialer Richtung sehr genau relativ zueinander angeordnet werden müssen. Außerdem verlangt ein solcher Aufbau relativ viel Platz. Mit Rücksicht darauf ist eine weitere Ausführungsform entwikkelt worden, bei der die Wicklungen ringförmig in zueinander parallelen Ebenen rund um Kreisscheiben mit einem gemeinsamen Mittelpunkt angeordnet sind. Entweder der Träger, der die Primärwicklung trägt, oder der Träger, der die Meßwicklungen trägt ist dann um das gemeinsame Zentrum drehbar.

In der F i g. 4 ist ein Schnitt durch eine derartige Ausführungsform dargestellt. Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 sind Primärwicklungen 16 und 17 auf einer mittleren kreisförmigen Scheibe 15 angeordnet, die als Rotor wirkt und dazu mit einer Weiie i4 versehen ist Symmetrisch rund um die Scheibe 15 und parallel zu dieser sind zwei weitere kreisförmige Scheiben 18 und 19 stationär angeordnet die über einen Quersteg miteinander verbunden sind. Diese Scheiben 18 und 19 tragen Meßwicklungen 20 und 21. Es versteht sich, daß diese Ausführungsform so abgewandelt werden kann, daß der Rotor die Meßwicklungen trägt, während die Primärwicklung auf dem Stator zu beiden Seiten der Meßwicklungen angeordnet ist

Die Darstellungen in den F i g. 5a bis 5d veranschaulichen die verschiedenen Wicklungen auf dem Stator und dem Rotor, wie sie bei Betrachtung in Richtung eines Pfeiles G in der F i g. 4 erscheinen. Analog zu der Primärwicklung 1 in den Fig. la und 3 sind auch die Primärwicklungen 16 und 17 bei diesem Ausführungsbei-

spiel derart schräg angeordnet, daß die Leiter, die quer zu der Richtung, in der sich die Wicklungsanordnung erstreckt, verlaufen, nicht radial ausgerichtet sind, sondern nach innen verlaufen und Tangenten zu einem Kreis 22 bilden. Dies ist besser aus der Fig.5b ersichtlich, wo die Verlängerungen der Leiter auf den Umfang des Kreises 22 zu in gestrichelten Linien eingezeichnet sind. Der Radius des Kreises 22 ist derart gewählt, daß sich eine glatte Ausgangskennlinie für die gesamte Vorrichtung ergibt.

Die Primärwicklung gemäß der Ausführungsform der F i g. 5a und 5b ist der Primärwicklung der F i g. la und 3 vorzuziehen. Anders als bei der Primärwicklung 1, die in einer einzigen Ebene angeordnet ist, liegen nämlich die Spulen bei der Ausführungsform der F i g. 5a und 5b zu beiden Seiten des ⁿlattenförmi°^fen Rotors wobei als Verbindung zwischen den beiden Rotorseiten Leiterdurchführungen 23, 24, 25 usw. vorgesehen sind. Die Spulen auf beiden Seiten des Rotors 15 sind derart gewickelt, daß sie zusammenwirkende magnetische Felder erzeugen. Das heißt, daß die Wickelsinne der Spulen, die einander auf verschiedenen Seiten des Rotors gegenüberliegen, bei Betrachtung aus der gleichen Seite unterschiedlich sind. Die Spule B auf der Seite 2 ist in Relation zur Spule A um einen halben Leiterabstand seitlich, und zwar in der Zeichnung nach links, versetzt, so daß jeder Leiter der Spule B auf der Seite 2 in der Mitte zwischen zwei Leitern der Spule A auf der Seite 1 liegt. Es sei angemerkt, daß die Primärwicklung 1 in den Fig. 2 und 3 zweckmäßigerweise durch Wicklungen nach Art der Wicklungen 16 und 17 ersetzt wird, die dann zu beiden Seiten der Platte T angeordnet sind.

In der Fig.5c ist die Kosinusmeßwicklung dargestellt, während die Darstellung in der F i g. 5d die Sinusmeßwicklung zeigt, wobei außerdem ein weiteres Beispiel für die Anordnung dieser Wicklungen relativ zum Muster der Primärwicklung angegeben ist. Dabei sind die Wicklungen bei diesem Ausführungsbeispiel derart angeordnet, daß jede Spule jeder Meßwicklung quer über einem Polschritt der Primärwicklung liegt und für jeden zweiten Polschritt der Primärwicklung auf der einen oder der anderen Seite des Stators angeordnet ist Wie die Darstellung in der Zeichnung zeigt, sind die Wickelsinne der Spulen auf den beiden Seiten des Stators (bei Betrachtung aus der gleichen Richtung) unterschiedlich. Wie die Darstellungen in den Fig. 5c und 5d weiter zeigen, liegen die Leiter der Meßwicklungen, die sich quer zur Bewegungsrichtung erstrecken, auch im wesentlichen radial. Die in der F i g. 5 gezeigte Ausführungsform besitzt ⁸/i6 Pole und liefert daher ein kurzes Ausgangssignal innerhalb einer Ve Umdrehung.

in der Fig.5a ist weiter bei 16' gezeigt, wie eine

Primärwicklung so gebaut werden kann, daß das von einer Meßwicklung in verschiedenen Stellungen erfaßte magnetische Feld in besserer Näherung dem Sinus und Kosinus für die Winkelstellung relativ zur Primärwicklung proportional wird. Wie die Darstellung in der Zeichnung zeigt, sind die sich quer erstreckenden Leiter umso kürzer, je mehr sie sich in der Mitte der spiraligen Spule befinden. Außerdem sind die einzelnen Leiter unterschiedlich geneigt, ihre Verlängerungen erstrecken sich also nicht in Richtung auf den Umfang des Kreises 22 hin. Ein derartiger Aufbau der Spule hat zur Folge, daß eine größere Inklination beim Nulldurchgang und eine Glättung beim Maximumübergang für das von den Meßwicklungen erfaßte Feld erreicht werden. Die innersten Leiter werden bei dieser Ausführungsform sehr kurz im Vergleich zu den äußersten Leitern.

Ähnlich wie vorstehend angegeben ist zur Verminderung der Auswirkung von Fehlern in der Achsenorientierung relativ zur Mitte des Stators die Länge der kürzesten Leiter der Meßwicklung in Querrichtung größer als die Länge der längsten Leiter der Primärwicklung, wodurcn eine vollständige Überlappung erzielt wird. Die gesamte Anordnung ist derart aufgebaut, daß eine Kompensation für Temperaturänderungen und radiales Spiel erzielt wird. Außerdem läßt sich die Anordnung ohne weiteres reproduzieren. Die Wicklungen der beiden Statoreinheiten sind um einen Polschritt gegeneinander verschoben, um eine Kompensation für mögliche Unregelmäßigkeiten in dem durch die Primärwicklung erzeugten Feld zu erzielen.

In der F i g. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung einer Meßwicklung für einen ^/^-Pol-Drehmelder gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist die Meßwicklung in ähnlicher Weise angeordnet, wie dies in der F i g. 3 veranschaulicht ist, allerdings mit dem Unterschied, daß die Seiten zwischen den strichpunktierten Linien F und E in der F i g. 3 miteinander vertauscht sind.

Die F i g. 7 bis 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen ebenen Drehmelder, bei dem die Meßwicklungen schräg gelegt und auf dem zentralen Teil angeordnet sind, wie dies insbesondere aus der Darstellung der F i g. 9 ersichtlich ist. Der gezeigte Drehmelder ist mit ⁸A Polen ausgestattet Die Primärwicklung ist in den F i g. 7 bis 9 nicht eigens eingezeichnet, sie weist jedoch auf beiden Seiten des zentralen Teils liegende Spulen auf, wobei diese Spulen miteinander zusammenwirken und jede von der in den F i g. 1 a und 3 gezeigten Bauart ist Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Primärwicklung jedoch radial verlaufende Querleiter auf.

Die Sinuswicklungen sind in der F i g. 7 veranschaulicht, wobei Λ'die Spule auf der einen Seite des zentralen Teils und A"die Spule auf der anderen Seite dieses zentralen Teils bezeichnet
Die F i g. 8 zeigt die Kosinuswicklung, wobei die Spuie Z?'auf der einen Seite und die Spule ß"auf der anderen Seite liegt Die F i g. 9 ist eine perspektivische Darstellung des zentralen Teils mit eingezeichneter Sinuswicklung A', A". Die Kosinuswicklung B', B"ist in der Fig.9 der Übersichtlichkeit der Darstellung halber weggelassen, so daß die Lage der Spulen und die erforderlichen Leitungszuführungen klar erkennbar sind. Ebenfalls der besseren und deutlicheren Darstellung halber ist in der F i g. 9 der mittlere Teil erheblich dicker dargestellt, als er tatsächlich zur Ausführung gelangt

Die Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Primärwicklung mit schräg gelegten, also nicht radial verlaufenden Querleitern. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den bisherigen Ausführungsformen insofern, als die Leiter auf beiden Seiten des zentralen Teils jeder Wicklungshälfte einen unterschiedlichen Neigungswinkel zeigen. So ist in der Fig. 10 der Leiter 25 in entgegengesetzter Richtung zum Leiter 26 geneigt, wie dies in der F i g. 10 durch die gestrichelt eingezeichneten Verlängerungen zum Umfang des Kreises 22 hin veranschaulicht ist

Die F i g. 11 zeigt noch eine weitere Ausführungsform für die Primärwicklung, bei der eine Spule a'eines Polpaars in gleicher Weise ausgeführt ist wie in der F i g. 10, während in der anderen Spule a" die Leiter 27, 28 in entgegengesetzter Richtung zu den entsprechenden Leitern 25,26 in der Spule a'geneigt sind.

Die Darstellung in der Fig. 12 veranschaulicht, wie die Meßwicklungen in bezug zur Primärwicklung ange-

ordnet werden können, wenn der Lageanzeiger oder Winkelmesser als Drehfeldgeber ausgeführt werden soll, also drei jeweils um 120° zueinander versetzte Meßwicklungen R_u Si und Ti auf der Seite 1 und Rz, S₂ und T-i auf der Seite 2 in zu den Darstellungen in den F i g. la und 3 analoger Ausführung aufweist. In Analogie zu den Ausführungsformen nach den Fig. la und 3 ist die Primärwicklung 1 die gleiche für die Seite 1 und die Seite 2. In der Fig. 12 sind zwei strichpunktierte Linien H und / eingezeichnet, die angeben, daß die Meß- ι ο wicklungen außerhalb dieser Linien wiederholt werden können, wobei bei Anordnung des Musters der Meßwicklungen auf einem Zylinder die Linien H und / zusammenfallen. Dieses Muster kann ebenso in voller Analogie zu den Darstellungen der F i g. 5 bis 11 auf einem Ring oder auf einer ebenen Platte angeordnet werden. Wie die Darstellung der F i g. 12 zeigt, muß das Muster bei dieser Ausführungsform zyklisch 3n-mal für jede Umdrehung wiederholt werden, wobei π die Anzahl der Musterwiederholungen zwischen den Linien H und /ist

Die F i g. 13 zeigt ein weiteres Muster für Primär- und Meßwicklungen für einen Drehfeldgeber, wobei auf Seite 2 die Spulen der Meßwicklung im Vergleich zu der Darstellung in der Fig. 12 nach links verschoben sind. Auf diese Weise lassen sich sowohl das Primärwicklungsmuster als auch das Meßwicklungsmuster auf beiden Seiten der Primärwicklung in bezug auf vertikale Linien wiederholen, die die gleiche Stellung K und L einnehmen, was einen Vorteil bei der Musteranpassung während der Herstellung bedeutet.

Die F i g. 14 zeigt ein schematisches Blockschaltbild für eine Schaltung, die mit den Meßwicklungen eines Lagemessers oder eines Winkelmessers gekoppelt ist, der in Form eines Drehfeldgebers 100 mit einer Primärwicklung 10a und drei Meßwicklungen 10/?, 10c und 10c/ oder in Form eines Drehmelders 10' mit einer Primärwicklung 10a'und zwei Meßwicklungen lOZj'und 10c' ausgeführt sein kann, und das erhaltene Meßergebnis auswertet und in digitaler Form darstellt.

In der Fig. 14 liegt eine sinusförmige Wechselspannung E₀ sin wt an der Primärwicklung 10a des Drehfeldgebers 100 an, dessen drei Meßwicklungen 106,10c und iOd, die jeweils um 120° gegeneinander verdreht angeordnet sind und in bekannter Weise mit drei Eingängen der Dreiphasenseite eines Scott-Transformators 110 gekoppelt sind, der das ihm zugeführte dreiphasige Signal in ein zweiphasiges Signal umsetzt, das an seinen beiden Sekundärwicklungen abgenommen werden kann. Diese Sekundärwicklungen sind dabei jeweils mit einem Eingang eines Drehfeld/Digital-Wandlers 120 gekoppelt, der an seinem Ausgang einen Digitalwert abgibt, der den gemessenen Winkel darstellt. Drehfeld/Digiiäi-Wandler dieses Typs sind in Standardausführung bekannt und meistens in Form integrierter Schaltkreise ausgeführt, die etwa 10 bis 15 Ausgangsleitungen aufweisen. Dabei sind diese Drehfeld/Digital-Wandler so ausgelegt, daß bei Anzeige eines Winkelwertes von 0° alle ihre Ausgangsleitungen das Signal Null führen, während für die Anzeige eines Winkelwertes von 360° — A, wobei A eine sehr kleine Zahl darstellt, alle Ausgangsleitungen das Signal 1 führen. Wie in der Fi g. 14 durch eine strichpunktierte Linie 140 angedeutet ist, kann anstelle des Drehfeldgebers 100 und des Scott-Transformators 110 ein Lage- oder Winkelanzeiger in Form des Drehmelders 10', dessen beide Meßwicklungen 106' und 10c' um 90° gegeneinander phasenverschoben sind, unmittelbar mit den Analogeingängen des Drehfeld/Digital-Wandlers 120 gekoppelt sein. Außerdem ist ein Bezugseingang des Drehfeld/Digital-Wandlers 120 mit der Sekundärwicklung eines Bezugstransformators 130 verbunden, dessen Primärwicklung mit einem sinusförmigen Wechselstrom gespeist wird, der in Frequenz und Phase dem Wechselstrom entspricht, mit dem die Primärwicklungen 10a oder 10a'des Drehfeldgebers 100 bzw. des Drehmelders 10' gespeist werden.

Der Drehfeld/Digital-Wandler 120 gibt einen eine Winkelstellung //'wiedergegebenen Digital wert auf einer Mehrzahl von parallelen Ausgangsleitungen ab, deren Anzahl normalerweise zwischen 10 und 16 liegt. Für den Fall von 16 Ausgangsleitungen erhält man eine Auflösung von etwa ± 1 ßo£'_iiiTiinute.

Die Leitungen 25' und 25", welche die höchstwertigen Binärbits aus dem Drehfeld/Digital-Wandler 120 führen, sind mit einem Zähler 26' und einer Zentraleinheit 37 verbunden. Für den Fall eines mehrpoligen Drehfeldgebers oder eines mehrpoligen Drehmelders durchläuft das Ausgangssignal aus dem Drehfeld/Digital-Wandler 120 eine der Polanzahl entsprechende Anzahl von Malen einen Zyklus von Werten, wobei jedem Durchlauf dieses Zyklus eine Verdrehung des Drehfeldgebers oder des Drehmelders um 360°/P entspricht, wenn die Anzahl der Polpaare mit P bezeichnet isL Damit ein derartiger Drehfeldgeber oder Drehmelder zum Messe^r ν ·" Winkeln von mehr als einer vollen Umdrehung verwendet werden kann, müssen die durchlaufenden Zyklen angezeigt und gezählt werden. Dies geschieht in dem Zähler 26', der immer dann, wenn sich die Signale auf den Leitungen 25' und 25" von dem binären Wert »11« zu dem binären Wert »00« ändern, zu dem gespeicherten Zählerstand eine 1 hinzuzählt, während er immer dann, wenn das Signal auf den Leitungen 25' und 25" von dem binären Wert »00« zu dem binären Wert »i 1« übergeht, von dem gespeicherten Zählerstand eine 1 abzieht. Der Ausgang des Zählers 26' der bei der Ausführung des Drehfeldgebers 100 oder des Drehmelders 10' mit acht Polpaaren drei Leitungen umfaßt, ist zur Weitergabe des gespeicherten Zählerstandes mit dem Adressiereingang eines Festwertspeichers 38 verbunden, der auf diese Weise an seinem Ausgang eine Korrekturgröße abgibt, die für den relevanten Sektor der mechanischen Umdrehung spezifisch ist, in der sich der Drehfeldgeber oder der Drehmelder befindet

Der Ausgang des Zählers 26' ist außerdem mit den drei höchstwertigen Biteingangsleitungen eines mehrkanaligen Eingangs ING I der Zentraleinheit 37 verbunden. Die Leitungen des Eingangs ING I sollen im folgenden in der Darstellung in der Fig. 14 von oben nach unten durchnumeriert werden, wobei sie die Nummern 1 bis 17 tragen. Der Ausgang des Drehfeld/Digitüi-Wäiidiefb 120 lsi direkt rnii den Leitungen 4 bis 17 des Eingangs ING 1 verbunden. Der Ausgang des Festwertspeichers 38 ist mit einem zweiten mehrkanaligen Eingang ING 2 der Zentraleinheit 37 verbunden. Die Ausgangsleitungen der Zentraleinheit 37 mit den höchstwertigen Bits innerhalb der Teilumdrehung, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform der F i g. 3 die Leitungen 4 bis 11 von oben, sind mit dem Adressiereines Festwertspeichers 39 verbunden, in dem die Korrekturgrößen für Stellungen innerhalb einer Teilumdrehung gespeichert sind. Der Ausgang des Festwertspeichers 39 ist mit einem dritten mehrkanaligen Eingang ING 3 der Zentraleinheit 37 verbunden. Weiterhin ist ein Leitwerk 40 vorgesehen, das über Leitungen 41 den Drehfeld/Digital-Wandler 120 steuert oder davon gesteuert wird, wie dies nachstehend beschrieben ist Die

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zu irgendeinem Zeitpunkt von den Ausgangsleitungen des Drehfeld/Digital-Wandlers 120 geführte Größe wird auf den Ausgangsleitungen während derjenigen Zeitdauer festgehalten, in der ein Steuersignal aus dem Leitwerk 40 auf einer der Leitungen 41 vorhanden ist.

Umgekehrt kann der Drehfeld/Digital-Wandler 120 dem Leitwerk 40 über eine der Leitungen 41 anzeigen, ob eine Anzeige durch eine über eine Leitung 43 angeschlossene Anzeigeeinrichtung 240 verzögert werden soll, um die Zeit für eine Verdrehung des Drehmelders 10' oder des Drehfeldgebers 100 und für eine Änderung der Ausgangsgröße des Drehfeld/Digital-Wandlers 120

zu gewinnen. Über Leitungen 42 steht das Leitwerk 40

mit dem Steuereingang der Zentraleinheit 37 in Verbin-ΐ dung, wodurch das Leitwerk 40 die Zentraleinheit 37 i] zum Arbeiten nach einem Programm mit den nachstehend angeführten Einzelschritten bringen kann:

1. Leite die Daten auf den Eingangsleitungen des Eingangs ING 1 an die Ausgangsleitungen weiter.

2. Speichere die Information am dritten Eingang ING 3 aus dem Festwertspeicher 39 in einem Pufferspeicher innerhalb der Zentraleinheit 37.

3. Addiere den Wert 1 zu der Zahl auf den Eingangsleitungen des Eingangs ING 1, die denjenigen Aus- gangsleitungen der Zentraleinheit 37 entspricht, die mit dem Adressiereingang des Festwertspeichers 39 verbunden sind.

4. Führe eine Interpolation durch zwischen der im vorangehenden Schritt 2. gespeicherten Korrekturgröße und der am Eingang ING 3 anliegenden neuen Korrekturgröße und nimm diese Interpolation in Entsprechung zu der Zahl vor, die durch die Leitungen des Eingangs ING 1 dargestellt wird, die

J geringwertigere Daten führen als die Daten, die

'' von den Leitungen geführt werden, die den mit dem

Adressiereingang des Festwertspeichers 39 gekoppelten Ausgangsleitungen entsprechen.

5. Addiere den in Schritt 4. erhaltenen korrekten Wert zu der Korrekturgröße aus dem Festwertspeicher 38 am Eingang ING 2 und zu der Zahl am Eingang ING 1 und gib die so erhaltene Zahl am Ausgang der Zentraleinheit 37 ab.

Der Ausgang der Zentraleinheit 37 ist weiter mit dem Eingang eines Wandlers 230 gekoppelt, der binäre Daten in binär kodierte dezimale Daten umsetzt und an dessen Ausgang die Anzeigeeinrichtung 240 angeschlossen ist. Sowohl die Anzeigeeinrichtung 240 als auch der Wandler 230 werden durch Signale aus dem Leitwerk 40 gesteuert, nachdem die Signale für die Steuereingänge der Zentraleinheit 37 erzeugt worden sind, so daß die am Ausgang der Zentraleinheit 37 vorhandene Zahl in Übereinstimmung mit dem Schritt 5. des vorstehend angegebenen Programms durch die An-Zeigeeinrichtung 240 zur Anzeige gelangt.

An den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen können im Rahmsn des Erfindungsgedankens zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise können die Außenseiten der Statorplatten in den F i g. 1,3,5,12 und 13 mit Meßwicklungen versehen werden.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen
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Claims

1 2 angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pri- Patentansprüche: märwicklung (1) im wesentlichen ringförmig ausgebildet ist (F i g. 4)

1. Elektromechanisch^ Vorrichtung, insbesondere 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Stellungsanzeiger, mit zwei relativ zueinander längs 5 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen einer vorgegebenen Bahn beweglichen Trägern, von Windungsabschnitte einer Spule der Primärwickdenen der eine Träger auf wenigstens einer von zwei lung, welche sich quer zu der Bahn erstrecken, unter einander gegenüberliegenden Flächen eine spiral- einem spitzen Winkel in bezug auf die entsprechenförmige, in der Trägerfläche liegende Primärwick- den Windungsabschnitte jeder Meßwicklung angelung mit wenigstens zwei Polen aufweist, während io ordnet sind, daß die querverlaufenden Windungsabder andere Träger auf zwei jeweils nahebei und par- schnitte jeder Meßwicklung oder der Primärwickallel zu einer der beiden Flächen des ersten Trägers lung senkrecht zu der Bahn verlaufen und daß der verlaufenden Flächen mindestens je eint ebenfalls in spitze Winkel derart gewählt ist, daß die in der Richder Trägerfläche liegende Meßwicklung aufweist, tung der Bahn verlaufende Komponente des A faderen induktive Kupplung mit der Primärwicklung 15 stands zwischen den Enden eines beliebigen der durch die relative Lage der beiden Träger zueinan- querverlaufenden Windungsabschnitte der Primärder bestimmt ist, wobei die MeßwickJungen wenig- wicklung größer ist als der Abstand zweier benachstens zwei phasenverschobene Meßspannm.gen ab- barter querverlaufender Windungsabschnitte in den g~ben, dadurch gekennzeichnet, daß jede Meßwicklungen.

der Wicklungen (1 bis 5; 16, 17, 20, 21) auf beiden 20 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

Trägern (T, 7" und 8, 9; 15 und 18, 19) aus wenig- dadurch gekennzeichnet, daß zwei Meßwicklungen

stens einer Spule mit etwa rechteckigen Windungen, vorhanden sind, die gegeneinander um 90" versetzt

die ähnlich wie bei einer Spirale ineinandergesetzt sind.(Fig. 1,3)

sind, besteht, wobei parallel zur vorgegebenen Bahn 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

verlaufende Windungsabschnitte mit wenigstens an- 25 dadurch gekennzeichnet, daß drei Meßwicklungen

genähert senkrecht dazu gerichteten Windungsab- vorhanden sind, die gegeneinander um jeweils 120°

schnitten abwechseln, und daß jede der Meßwick- versetzt angeordnet sind. (F i g. 12,13).
Jungen (2 bis 5; 20,21) derart ausgebildet ist, daß ihr

kürzester Windungsabschnitt, welcher sich quer zu

der Bahn erstreckt, länger als der längste Windungs- 30

abschnitt ist, welcher sich in der Primärwicklung

quer zur Bahn erstreckt. Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Vor-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- richtung, insbesondere Stellungsanzeiger, gemäß dem zeichnet, daß die Primärwicklung ein sich zyklisch Oberbegriff des Anspruchs 1.

wiederholendes Wicklungsmuster aufweist 35 Eine derartige Vorrichtung ist in der US-PS 29 00 612

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- beschrieben. Diese bekannte Vorrichtung hat zwei relazeichnet, daß die Primärwicklung mehrere Polpaare tiv zueinander bewegliche Träger für miteinander zuaufweist und daß die Meßwicklungen derart ausge- sammenwirkende Wicklungen, wobei die gegenseitige bildet sind, daß der magnetische Fluß von jeweils Induktion zwischen diesen Wicklungen durch die Lage mehr als einem Polschritt der Primärwicklung auf- 40 der beiden Träger relativ zueinander bestimmt wird, nehmbar ist. Für die Relativbewegungen der beiden Träger zueinan-

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der ist eine genaue Bewegungsbahn vorgegeben, indem dadurch gekennzeichnet, daß für jede Meßwicklung die beiden Träger in Form von Kreisscheiben ausgebil-Spulen (Au B_u A4, B*), welche einem Polschritt der det sind, welche auf einer gemeinsamen Achse angeord-Primärwicklung entsprechen, auf einer der Flächen 45 net sind und sich gegeneinander um diese Achse drehen angeordnet sind, und daß Spulen (Αϊ, Βϊ, A3, ft), lassen.

welche dem nächstfolgenden Polschritt entsprechen, Weiterhin ist aus der DE-AS 11 04 601 ein Transforauf der anderen Fläche des Trägers angeordnet sind, mator zur Stellungsanzeige bekannt, dessen Wicklun-(F i g. 3) gen derart auf Trägern angeordnet sind, daß parallel zur

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 50 vorgegebenen Bewegungsbahn verlaufende Abschnitte dadurch gekennzeichnet, daß für jede Meßwicklung mit wenigstens angenähert senkrecht dazu gerichteten (2 bis 5) Wicklungsteile, welche einem vollen Polpaar Abschnitten abwechseln.

entsprechen, abwechselnd auf der einen und der an- Vorrichtungen dieser Bauart lassen sich insbesondere

deren Fläche des Trägers (T, 7") angeordnet sind. zur Winkelmessung verwenden. Ein erstes Beispiel für

(Fig. 1,12,13) 55 eine derartige Vorrichtung ist ein Drehmelder, der zwei

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Meßwicklungen besitzt, die unter einem Winkel von Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Wick- neunzig Grad relativ zueinander eingestellt sind. Ein lungen (1 bis 5; 16,17,20,21) als gedruckte Schaltun- weiteres Beispiel für eine derartige Vorrichtung ist ein gen ausgebildet sind. Drehfeldgeber, der drei gegeneinander um jeweils ein-

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 60 hundertzwanzig Grad verschobene Wicklungen auf· dadurch gekennzeichnet, daß alle parallelen Flächen weist. Drehmelder und Drehfeldgeber dienen normaler· als konzentrische Zylinderflächen ausgebildet sind. weise zur Übertragung von Daten, die Winkel wieder-(Fig.2) geben, und zwar von einem Sender zu einem Empfän-

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ger. Dabei läßt sich eine kontinuierliche Winkclübcrtrawobci einer der Träger (15) im wesentlichen platten- μ gung erreichen, obgleich diese Geräte insbesondere förmig ausgebildet ist, die Träger (15,18,19) relativ dann, wenn sie genauer ausgeführt werden, als dies bei zueinander um eine Achse drehbar angeordnet sind den handelsüblichen Drehmeldern und Drchfeldgcbcrn und die Primärwicklung konzentrisch zu der Achse der Fall ist, als Winkelmesser Verwendung finden kön-