DE1238814B

DE1238814B - Induktiver Winkelgeber nach dem Transformatorprinzip

Info

Publication number: DE1238814B
Application number: DEM68491A
Authority: DE
Inventors: Robert Kaehne
Original assignee: Merckle Flugzeugwerke GmbH
Current assignee: Merckle Flugzeugwerke GmbH
Priority date: 1966-02-23
Filing date: 1966-02-23
Publication date: 1967-04-13
Also published as: US3439256A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

G08c

Deutsche Kl.: 74 b-8/04

Nummer: 1238 814

Aktenzeichen: M 68491IX d/74 b

Anmeldetag: 23. Februar 1966

Auslegetag: 13. April 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen induktiven Winkelgeber zur elektrischen Fernanzeige von Winkel-Stellungen, z. B. für Regelungs- und Steuerzwecke.

Es sind induktive Winkelgeber bekannt, bei denen durch die Drehbewegung eines mit einer Achse verbundenen ferromagnetischen Teiles eine Induktivitätsänderung in einer oder mehreren Spulen herbeigeführt wird. Durch elektrische Messung der jeweils vorliegenden Induktivität kann eine Winkelstellung ferngemessen werden. Bei entsprechender Schaltung von z. B. zwei bei einer Drehbewegung gegenläufig geänderten Induktivitäten kann z.B. bei Schaltung als induktive Halbbrücke und Speisung mit einer Wechselspannung unmittelbar eine elektrische Spannung entnommen werden, deren Amplitude und Phasenlage gegenüber einer Bezugsphase als Maß für die Winkelstellung dient.

Diese Anordnung hat für einige Anwendungsfälle, besonders in Regelkreisen, den Nachteil, daß bei einem Fehler (z. B. Drahtbruch in einer Wicklung) ein extremes Signal auftreten kann.

Es sind weiterhin induktive Winkelgeber bekannt, die nach dem Transformatorprinzip arbeiten, wobei z. B. die Primärwicklung des Transformators als Statorwicldung und die Sekundärwicklung als Rotor- as wicklung ausgebildet sind. Wird der Rotor gegenüber dem Stator gedreht, so verändert sich die im Rotor induzierte Wechselspannung in ihrer Amplitude und/ oder Phasenlage. Diese Spannung kann als Maß für die Winkelmessung dienen. Hierbei ergibt sich der Nachteil, daß bei größeren Verdrehungswinkeln die Verbindung zum Rotor über Schleifringe oder ähnliche verschleißanfällige Bauteile erfolgen muß.

Weiterhin ist ein ebenfalls nach dem Transformatorprinzip arbeitender induktiver Winkelgeber bekannt, bei welchem sich mehrere Primärwicklungen und die Sekundärwicklungen gegeneinander fest angeordnet im Stator befinden. Der Rotor trägt eine über Kreuz verbundene Mehrphasen-Kurzschlußwicklung.

Die Energieübertragung von den Primärwicklungen auf die Sekundärwicklungen findet hierbei durch Vermittlung über die Rotorwicklungen statt. Es ergibt sich bei diesem induktiven Winkelgeber eine konstante Ausgangsspannung in der Sekundärwicklung, deren Phasenlage sich gegenüber einer Bezugsphase bei Verdrehung des Rotors gegenüber dem Stator ändert und somit ein Maß für den Verdrehungswinkel ergibt.

Die Erfindung betrifft einen induktiven Winkelgeber mit neuartiger Wirkungsweise mit gegeneinander feststehenden Spulen, bei dem sich aus dem Induktiver Winkelgeber

nach dem Transformatorprinzip

Anmelder:

Merckle Flugzeugwerke G. m. b. H.,

Oedheim (Württ.)

Als Erfinder benannt:

Robert Kähne, Bad Friedrichshall

Aufbau ein geringer Volumenbedarf ergibt. Der induktive Winkelgeber nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein unsymmetrischer Wirbelstromkörper als geschlitztes Rohr ausgebildet ist und in an sich bekannter Weise aus nichtmagnetisierbarem, gut leitendem Material gefertigt und so drehbar angeordnet ist, daß eine von der Winkelstellung zwischen den Wicklungen und dem Wirbelstromkörper abhängige Verzerrung des von der Primärwicklung hervorgerufenen Magnetfeldes eintritt, wodurch in der Sekundärwicklung eine von der Winkelstellung abhängige Spannung induzierbar ist, deren Amplitude und Phasenlage gegenüber einer Bezugsphase ein Maß für die Winkelstellung ist. Insbesondere der Durchmesser läßt sich gegenüber den bekannten Ausführungen induktiver Winkelgeber wesentlich verringern. Hierbei ergibt sich der Vorteil, einen solchen Winkelgeber z. B. unmittelbar in eine hohle Achse einer Maschine einbauen zu können. Durch einen besonders unkomplizierten Aufbau ergeben sich gute Betriebssicherheit und geringe Herstellungskosten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß elektrische Anschlüsse nur bei einem Teil des Winkelgebers vorhanden sind, wodurch Schleifringe oder ähnliche Kontaktelemente auch bei Verdrehungswinkeln über 360° hinaus nicht erforderlich sind. Bei einem Fehler im Winkelgeber (z. B. Drahtbruch oder Windungsschluß an einer Spule) wird die Ausgangsspannung zu Null. Diese Eigenschaft kann insbesondere beim Einsatz des Winkelgebers in Steuerungen oder Regelkreisen gegenüber solchen Winkelgebern, bei denen im Störungsfall die maximale Ausgangsspannung vorliegt, da hierdurch sogenannte Hartlagen vermieden werden, vorteilhaft sein.

Eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen induktiven Winkelgebers ist in Ab b. 1 dargestellt, und zwar zeigt Teil A den Spulenteil und Teil B den unsymmetrischen Wirbelstromkörper, der als geschlitztes Rohr ausgebildet ist.

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Claims

Der Teil A wird durch zwei Spulen gebildet, deren Ebenen im Winkel von 90° zueinander stehen. Hierdurch würde bei Entfernung des Teilest bei Speisung der Spule 1 mit einer Wechselspannung die Spule 2 von den magnetischen Kraftlinien in einem Winkel von 90° zu ihrer Magnetfeldrichtung geschnitten werden, d. h., es wird keine Spannung in der Spule 2 induziert. Die Spulen können entweder frei tragend aufgebaut oder auf einem Winkelkörper aus nichtleitendem und nichtmagnetisierbarem Material gewickelt sein. Der Teil B wird von einem zylindrischen Rotor aus gut leitendem nichtmagnetisierbarem Materia] (z. B. Aluminium) gebildet und ist in seiner Längsrichtung an einer Seite geschlitzt. Befindet sich der Teil A mit den Spulen 1 und 2 innerhalb des Teiles B, so wird das von der Spule 1 erzeugte Magnetfeld durch den Einfluß der in der Wandung des rohrförmigen Teilest entstehenden Wirbelströme stark in seiner geometrischen Form verzerrt. Auf der Seite, auf der das Rohr mit einem Längsschlitz versehen ist, bilden sich geringere Wirbelströme aus als auf der entgegengesetzten Seite. Hierdurch tritt eine unsymmetrische Verzerrung ein. Diese Verzerrung kann auch durch andere unsymmetrische Formgebung des Wirbelstromkörpers erzielt werden. Wird der Teil B gegenüber dem Teil Λ gedreht, so ändert sich die Lage des verzerrten Magnetfeldes. Hierdurch tritt eine ähnliche Wirkung ein, als wenn die Spule 1 in ihrer Lage gegenüber der Spule 2 gedreht würde, d. h., es wird in der Spule 2 eine Spannung induziert. Die in der Spule 2 induzierte Spannung wird dann zu Null, wenn der Längsschlitz im Teil B in den Winkelstellungen 0°, 90°, 180° und 270° (s. Abb. 2) steht. Die Spannung in Spule 2 wird ein Maximum, wenn der Längsschlitz in den Winkelstellungen 45°, 135°, 225° und 315° steht. Die Ausgangsspannung folgt der Funktion UA = kUE-$m(2<x). Hierin bedeutet UE = Speisewechselspannung für Spule 1, UA = Ausgangswechselspannung in Spule 2, k — Kopplungsfaktor zwischen Spulen 1 und 2, oc = Verdrehungswinkel zwischen Teil A und Teil B. Ein negatives Vorzeichen von UA bedeutet, daß die Ausgangsspannung gegenüber der Eingangsspannung gegenphasig ist (α = 180°). Durch die gegebene Funktion erzeugt der beschriebene induktive Winkelgeber im Bereich kleiner Verdrehungswinkel eine zum Verdrehungswinkel annähernd proportionale Ausgangsspannung. Durch Anordnung z. B. mehrerer Schlitze im Teilß oder andere Formgebung von Teil B kann der Verlauf der Ausgangsspannung als Funktion des Verdrehungswinkels geändert werden. Patentansprüche:

1. Induktiver Winkelgeber nach dem Transformatorprinzip mit gegeneinander feststehender Primär- und Sekundärwicklung zur elektrischen Fernmessung von Winkelstellungen bei Speisung mit einer Wechselspannung, wobei die in der Sekundärwicklung induzierte Spannung ein Maß für die zu messende Winkelstellung ist und die Ebenen der Primär- und Sekundärwicklung in einem Winkel von 90° zueinander stehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein unsymmetrischer Wirbelstromkörper als geschlitztes Rohr (3) ausgebildet ist und in an sich bekannter Weise aus nichtmagnetisierbarem, gut leitendem Material gefertigt und so drehbar angeordnet ist, daß eine von der Winkelstellung zwischen den Wicklungen (1 und 2) und dem Wirbelstromkörper (3) abhängige Verzerrung des von der Primärwicklung hervorgerufenen Magnetfeldes eintritt, wodurch in der Sekundärwicklung (2) eine von der Winkelstellung abhängige Spannung induzierbar ist, deren Amplitude und Phasenlage gegenüber einer Bezugsphase ein Maß für die Winkelstellung ist.

2. Induktiver Winkelgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschlitzte Rohr (3) so ausgebildet ist, daß sich durch Formgebung oder Materialauswahl die Unsymmetrie der Wirbelströme so ausbildet, daß der Verlauf der Ausgangsspannung in Abhängigkeit vom Verdrehungswinkel einer gewählten Funktion angepaßt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1150 599,1056 972.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen