Elektromagnetische Vorrichtung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Vorrichtung, welche insbesondere als elektromagnetischer Steuer signalgeber oder als empfindlicher Dreh momenterzeuger verwendbar ist.
Unter den zahlreichen bekannten Anord nungen zur Erzeugung eines von der Winkel verstellung zwischen Rotor- und Statorteilen abhängigen elektrischen Signals ist eine der gebräuchlichsten für gewisse Anwendungen jene Bauart, die einen Rotor aus magnetisier- barem Material und keine Rotorwicklung be sitzt, wobei der Stator Erreger- und Signal ausgangswicklungen aufweist, die so angeord net sind, dass der mit den Ausgangswicklungen verkettete Magnetfluss durch die Rotorstellung relativ zum Stator beeinflusst wird.
Im wesent lichen arbeitet eine derartige Einrichtung nach dem Prinzip eines variablen magnetischen Wi derstandes, indem der Widerstand des von der Ausgangswicklung umschlossenen magneti schen Kreises durch die räumliche Bewegung des Magnetmaterials des Rotors geändert wird, indem derselbe für verschieden grosse Anteile des Magnetflusses von den Erregerwicklungen zum magnetischen greis der Ausgangswicklun gen einen Nebenschluss bildet.
Eine typische Einrichtung dieser Art ist der einen veränderbaren magnetischen Wider stand aufweisende Transformator mit drei- schenkligem, einseitig offenem Statorkern, einer Erregerwicklung auf dem mittleren Schenkel und Ausgangswicklungen auf den äussern Schenkeln, dessen Anker ein Stück Ma gnetmaterial aufweist, das kürzer als der Ab- stand"zwischen den offenen Enden der Aussen schenkeln ist und infolge :.seiner Anordnung den Luftspalt zwischen dem Mittelschenkel und jeweils einem der Aussenschenkel über brückt, während der Spalt vom Mittelschenkel zum jeweils andern Aussenschenkel vergrössert wird.
Andere Anordnungen dieser Bauart besit zen einen vierpoligen Statorkern mit Erreger- Wicklungen auf einem Paar einander gegen überliegender Pole und mit Ausgangswicklun gen auf dem andern Paar einander gegen überliegender Pole, wobei der Rotor aus einem Formkörper aus magnetischem Material -be steht, der bei einer Winkelverstellung den Widerstand des die Pole mit den Ausgangs- Wicklungen umfassenden magnetischen greises beeinflusst.
Während die obengenannten Bauarten von Steuersignalgebern insofern von Vorteil sind, als deren bewegliche Anker keine Verbindun gen zu den elektrischen Stromkreisen benö tigen, treten sehr unerwünschte Drehmomente und magnetische Achsschübe zwischen den relativ zueinander beweglichen Teilen auf, ver ursacht durch das Ankermagnetmaterial, und ferner ist die gegenseitige Lage der relativ zueinander beweglichen Teile besonders kri tisch, weil geringfügige Lagefehler den magne- tischen Widerstand beeinflussen, die Genauig keit der Ausgangssignale stören und ihrerseits weitere grosse magnetische Querkräfte und Drehmomente zur Folge haben.
Diese Nach teile wirken sich dann besonders nachteilig aus, wenn ein derartiger Signalgeber zusammen mit Apparaturen verwendet wird, welche die höchstmögliche und zuverlässigste Genauigkeit der Ausgangssignale erfordern, oder uner wünscht empfindlich auf ein im Geber vor handenes Drehmoment sind. Beispielsweise werden Kompassgeräte durch beide genannten Arten von Mängeln nachteilig beeinflusst, da ein die Verstellungen der Kompassachse er mittelnder Steuersignalgeber ganz exakt nur auf Winkeländerungen allein ansprechen darf, ohne dass merkliche Drehmomente auftreten, die eine fehlerhafte Präzession zur Folge haben würden.
Bisher sind in Rotoren kurzgeschlossene, elektrisch leitende Windungen bereits in Mo toren, in Nachlaufapparaturen und in Signal erzeugern verwendet worden, aber lediglich zur Erzielung von Kompensationswirkungen, zur Magnetfluss-Ausrichtung und Änderung des Abgleiches von magnetischen Kreisen.
Im Gegensatz hierzu betrifft die vorliegende Er findung eine elektromagnetische Vorrichtung, bestehend aus einem Stator mit mindestens einer Erregerwicklung, die zum Hervorrufen eines periodisch sich ändernden Magnetfeldes mit weitgehend parallelem Magnetflussverlauf dient, und aus einem wenigstens eine Leiter schleife besitzenden Rotor, der drehbar um eine in einer wenigstens den grösseren Teil der Leiterschleife enthaltenden Ebene befindliche und senkrecht zum genannten Magnetfeld ver laufende Achse angeordnet ist.
Kennzeich nend hierbei ist, dass der Rotor elektrisch lei tend und nicht ferromagnetisch ist und eine Gestalt besitzt, die den in ihm induzierten Strömen eine Zirkulation in der Leiterschleife ermöglicht. Ferner ist mindestens eine zusätz liche Wicklung auf dem Stator derart ange ordnet, dass dieselbe in einer Rotorlage von dem seitens der Erregerwicklung erzeugten Magnetfluss unbeeinflusst ist, aber dass sich eine Kopplung der zusätzlichen Wicklung mit vom Rotor erzeugten Magnetfeldern ergibt.
Dementsprechend ermöglicht die .Erfindung die Schaffung eines verbesserten Steuersignal- generators mit einem kurzgeschlossenen leiten den Anker. Dabei ist das Drehmoment und der Axialschub zwischen den relativ zuein ander verdrehbaren Teilen stark verringert, und der Geber ist unempfindlicher gegen radiale und axiale Verlagerungen zwischen diesen Teilen, was eine Vereinfachung der Nullstellung und ein günstigeres Verhältnis Steuersignal/Störsignal am elektrischen Aus gang ermöglicht.
Ferner kann die verbesserte elektromagnetische Vorrichtung mit ihrem vollständig unmagnetischen Rotor sowohl als Signalgeber wie auch als Drehmomenterzeuger ohne Änderung in der Bauweise verwendet werden.
Nachstehend sind einige Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes an Hand der Fig. 1 bis 5 näher beschrieben.
Hierbei zeigt Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Gebers bzw. eines empfindlichen Drehmomenterzeugers, versehen mit einer Luftspule aus einer Kurz schlusswindung als Rotor, Fig.2 eine Seitenansicht einer elektro magnetischen Vorrichtung im Schnitt, mit einem plattenförmigen, elektrisch leitenden Rotor, Fig. 3 eine schematische Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer elek tromagnetischen Vorrichtung mit erhöhter Empfindlichkeit,
Fig.4 eine bevorzugte Ausführung der elektromagnetischen Vorrichtung mit einem Einstellglied für die Nullstellung und Fig. 5 eine Anwendung für ein Ausfüh rungsbeispiel des Signalgebers gemäss der Er findung.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig.1 be, sitzt ein ringförmiges Blechpaket 1 aus Stator- blechen mit vier nach innen ragenden, gleich mässig um den Umfang verteilten Polen 4, 5 und 9, 10. Die hintereinandergeschalteten Erregerwicklungen 2 und 3 umschliessen die Erregerpole 4 bzw. 5 und werden aus einer periodisch veränderlichen Spannungsquelle ge speist, die an den Anschlüssen 6 liegt; die Anordnung ist derart, dass sich die beiden Ma gnetflüsse addieren und durch den Luftspalt zwischen den Polflächen 4 und 5 verlau fen.
Die hintereinandergeschalteten Ausgangs wicklungen 7 und 8 umschliessen die Aus gangspole 9 bzw. 10, so dass in ihnen indu zierte Spannungen über die Anschlüsse 11 zu einer dort angeschlossenen Auswertungsein richtung gelangen können. Der Rotorteil 12 besteht aus einer Kurzschlusswindung von ovaler Gestalt, die symmetrisch auf einer, um die Mittelachse 14-14 verdrehbaren Rotor werle 13 angebracht ist.
Fehlt der Kurzschlussrotor und werden die Erregerwicklungen 2 und 3 voll erregt, so fliesst der gesamte magnetische Wechselfluss über die Erregerpole 4 und 5, dabei zum gröss ten Teil vom einen Pol 4 geradlinig über den Luftspalt zum andern Pol 5. Der Hauptteil des Magnetflusses schliesst sich über einen, je eine Hälfte des Statorkernes 1 umfassenden magne tischen Kreis, und zwar je zu gleichen Teilen, so dass kein Magnetfluss über die Ausgangs pole 9 und 10 fliesst, also keine Spannung in den Ausgangswicklungen 7 und 8 induziert wird. Natürlich gelangt ein geringer Teil des Magnetflusses von den benachbarten Erreger polen 4 und 5 zu den Ausgangspolen 9 und 10.
Besteht jedoch vollständige Symmetrie des Statoraufbaues und ist der von den Polen 4 und 5 ausgehende Fluss genau gleich gross, dann heben sich im Pol 9 die von den Polen 4 und 5 herrührenden Magnetflüsse auf, da die selben in jedem Augenblick gleiche Amplitude aber entgegengesetzte Richtung aufweisen. Ebenso ergibt sich eine gegenseitige Kompen sation der von den Polen 4 und 5 im Aus gangspol 10 herrührenden Magnetflüsse. Auch wenn die erregenden Flüsse ungleich sind, kompensieren sich die Spannungen in den Ausgangswicklungen 7 bzw. B gegenseitig. So mit tritt am Ausgang der Serienschaltung der Ausgangswicklungen 7 und 8 keine Spannung auf.
Wird in diese Apparatur der Kurzschluss- rotor 12 eingebaut, und zwar in der in Fig. 1 angedeuteten Lage mit praktisch parallel zu dem zwischen den Polen 4 und 5 herrschen den magnetischen Wechselfluss angeordneter Kurzschlusswindung, so wird in derselben kein resultierender, längs der Windiuig fliessender Strom induziert, so dass der Rotor den eben beschriebenen Kompensationszustand mit der Ausgangsspannung Null nicht stört.
Also befindet sich der Rotor 12 in der in Fig. 1 angedeuteten Lage in einer Nullstellung rela tiv zum Stator. Eine geringe Verdrehung des Rotors 12 im Uhrzeigersinn aus der ge nannten Nullstellung führt zur Erzeugung eines Kreisstromes seitens des Erregerwechsel feldes im leitenden Rotor, da nunmehr der erregende Magnetfluss nicht mehr parallel zur Ebene der Kurzschlusswindung des Rotors ver läuft. Diese im Rotor induzierten Kreisströme erzeugen ihrerseits Magnetflüsse, die ange nähert senkrecht zur Ebene des Rotorringes gerichtet sind.
Bei der angenommenen gerin gen Verdrehung des Rotors 12 im Uhrzeiger sinn, verläuft der Hauptteil des vom Rotor 12 erzeugten Magnetflusses durch die Ausgangs pole 9 und 10, und schliesst sich über die bei den Statorhälften. Dieser Rotormagnetfluss induziert in den Ausgangswicklungen 7 und 8 Ausgangssignale gleicher Phase, die infolge der Hintereinanderschaltung dieser Wicklun gen addiert an den Anschlüssen 11 auftreten.
Innerhalb eines begrenzten Drehwinkelberei- ches hat eine weitere Verdrehung des Rotors 1.2 im Uhrzeigersinn eine Zunahme der im Ro tor induzierten Kreisströme zur Folge, also eine Steigerung des Rotormagnetflusses und eine Vergrösserung der in den Ausgangswick- lungen 7 und 8 induzierten Ausgangssignale. Schliesslich wird eine Winkelstellung erreicbt, bei der eine weitere. Zunahme des vom Rotor erzeugten Magnetflusses keine grösseren Aus gangssignale mehr erzeugt, da dessen Richtung immer stärker geneigt gegen die Ausgangs wicklungen-9 und 10 bzw. deren Pole ist.
Die Stellung für das grösste Ausgangssignal ist in der Mitte des von 0 bis 90 reichenden Winkel verstellungsbereiches des Rotors 12 gelegen, und eine weitere Verdrehung des Rotors 12 im Uhrzeigersinn ergibt eine Verringerung der Ausgangsspannung, bis eine zweite .Nullstel lung erreicht ist, bei welcher sich der Rotor in der 90 -Stellung befindet, also die Rotor ebene senkrecht zur Magnetflussrichtung im Luftspalt zwischen den Polen 4 und 5 ver läuft.
In dieser 90 -Stellung fliesst zwar der höchste Rotorstrom, aber der gesamte Rotor magnetfluss ist auf die Erregerpole zu gerich tet und ist mit den Ausgangswicklungen nicht verkettet.
Eine Verdrehung des Rotors 12 aus der in Fig. 1 dargestellten Nullage entgegen dem Uhrzeigersinn ergibt ein Ausgangssignal ganz gleicher Art aber genau in umgekehrter Phase. Somit charakterisiert die Phasenlage des Aus gangssignals die Drehrichtung der Rotor-Sta- tor-Verstellung, während die Amplitude des selben proportional dem Drehwinkel dieser Verstellung ist, wenigstens innerhalb eines beschränkten Bereiches, was für Nullinstru mente dieser Bauart von grossem Vorteil ist.
Wie bereits oben erwähnt, befindet sich der Rotor 12 bei einer Verdrehung um 90 aus der Nullage gemäss Fig. 1 in einer weiteren Null- lage, und obwohl der maximale Kreisstrom in der Kurzschlusswindung induziert wird, ist der Rotorfluss mit den Ausgangswicklungen 7 und 8 nicht verkettet. Eine weitere Verdre hung des Rotors im Uhrzeigersinn ergibt Aus gangssignale mit einer Phasenlage, die ent gegengesetzt zu jener ist, die bei einer Rotor verdrehung in umgekehrter Richtung, also ent gegen dem Uhrzeigersinn, aus dieser 90 -Null- lage auftritt.
Die Amplitude des Ausgangs- signals.beginnt bei einer Winkellage des Ro tors 12 abzusinken, bei der die Vergrösse rung des Rotorflusses durch die Ausgangspole 9 und 10, durch die Verringerung des in der Rotorwindung seitens des Erregerflusses von den Polen 4 und 5 induzierten Kreisstromes übertroffen wird.
Obgleich das Drehmoment zwischen Rotor und Stator des Geberapparates der vorliegen den Bauart extrem gering und für die meisten Anwendungen vernachlässigbar ist, kann das noch vorhandene geringe Drehmoment vor teilhafterweise positiv\ oder negativ gemacht werden, je nachdem, welche Nullage als Be zugsstellung der Apparatur gewählt wird. Die Ausrichtung des Rotors 12 auf die Erreger pole, wie in Fig. 1 angedeutet, stellt jene Lage dar, welche. die Kurzschlusswindung infolge des vorhandenen schwachen Drehmomentes normalerweise einnimmt.
Einer Verdrehung des Rotors 12 aus dieser Nullage wirkt ein positives Drehmoment, entsprechend der Wir kung einer Feder, entgegen, das bestrebt ist, den Rotor in die Nullage zurückzustellen. In der andern Nullage, in welcher der Rotor auf die Ausgangspole 9 und 10 ausgerichtet ist, heben sich die Drehmomente auf, bis der Rotor einen geringen Verdrehwinkel aufweist. Von da an ist das auf den Rotor wirkende Dreh moment negativ, was zu einer Verdrehung des selben aus dieser Stellung in die in Fig.1 an gedeutete Nullage führt.
Bei gewissen Anwen dungen, insbesondere als Richtungsfühler für die Präzessionsachse eines einachsigen Nei- gungs-Kreiselgerätes, oder für eine Kreisel achse, bei der Zuführungsleitungen ein posi tives Drehmoment ergeben, kann das negative Drehmoment mit besonderem Vorteil verwen det werden.
Es hat sich herausgestellt, dass der Rotor dieses Gerätes in seiner Lage entweder axial oder längs eines Durchmessers des Stators ohne Beeinflussung des Charakters der Aus gangssignale etwas verschoben werden kann. Diesen Vorteil zeigen die mit einem Rotor aus magnetisierbarem Material versehenen Bau typen nicht, und es sei besonders darauf hin gewiesen, dass dies von grossem Vorteil für Geräte ist, die eine nachgiebige Halterung oder Aufhängung zwischen den zwei relativ zuein ander beweglichen Teilen, also dem Stator und Rotor des Gebers, aufweisen.
Beispielsweise ist bei relativ zueinander beweglichen Teilen mit Magnet- oder Federaufhängung eine seit liche Verschiebung ihrer gegenseitigen Achs lage bei sich ändernder Belastung möglich, trotzdem kann der beschriebene Geber ver wendet werden und spricht dann ausschliess lich auf. die relative Winkelverstellung an, da derselbe gegenüber seitlichen Verschiebungen unempfindlich ist. Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Signalgebers besteht darin, dass in der Null stellung der Nullwert nicht durch gegenseitige Kompensation zweier gegengerichteter Span nungen erzielt wird, wie dies bei gewissen andern Anordnungen der Fall ist.
Derartige Kompensationsgeräte liefern meist keinen exakten und fehlerfreien Nullwert, da die genaue Gegenphasigkeit aller Flüsse und Spannungskomponenten nur selten erzielbar ist. Dies gilt besonders dann, wenn der Rotor aufbau magnetisierbares Material enthält, das die Phasenlage der Flüsse für das induzierte Ausgangssignal beeinflusst. Demgegenüber liefert der vorliegende Geber einen von Stör signalen relativ freien Nullwert, da kein Rotor fluss mit den Ausgangswicklungen verkettet ist, und auch bei andern Stellungen ist das Signal/Stör-Verhältnis besser.
Die Vorteile, die sich mit der beschriebenen Bauart beim Betrieb als Signalgeber gezeigt haben, sind auch erzielbar bei Verwendung als elektrisch gespeister Drehmomenterzeuger. Bei dieser Betriebsweise werden einfach die An schlüsse 11 der Wicklungen 7 und 8, an eine periodisch sich ändernde Spannung ange schlossen, und nicht mehr wie im Falle eines Gebers, mit einem vom Geberausgang betätig ten Auswertegerät. Die an den Anschlüssen 11 liegende Spannung muss die gleiche Peri odizität aufweisen wie die zur Speisung der Anschlüsse 6 dienende Spannungsquelle, da mit die erzeugten Magnetfelder zusammen wir ken und ein Drehmoment zwischen Rotor und Stator erzeugen.
Ist die Rotorebene genau par allel zu dem Magnetfluss zwischen den Polen 4 und 5 oder 9 und 10, dann erzeugt der Rotor 12 ein Magnetfeld, infolge der Induktion seitens des jeweils senkrecht dazu verlaufenden Ma gnetflusses, das * mit dem parallel zur Rotor ebene verlaufenden Magnetfeld zusammen wirkt und das maximale Rotordrehmoment er gibt. Eine Verdrehung des Rotors aus dieser Stellung bewirkt eine Änderung des ausgeüb ten Drehmomentes.
Die Phasenlage der Stator- Magnetfelder kann zur Herstellung des maxi malen Drehmomentes mittels beliebiger be kannter Mittel beeinflusst werden, und eine oder beide angelegte Spannungen können zur Einstellung der Stärke des erzeugten Dreh feldes geändert werden. Ferner kann der Drehsinn des Drehmomentes durch richtige Phaseneinstellung der an die beiden Wick lungspaare angelegten Spannungen negativ oder positiv gewählt werden.
Die Fig. 2 zeigt, teilweise im Schnitt, eine Seitenansicht eines Signalgebers oder Dreh momenterzeugers mit einer dünnen, massiven Rechteckplatte 15 als induktivem Rotorteil. Die Rotorplatte 15, die verschiedene Leiter schleifen in sich begreift, besteht vollständig aus leitendem Material, etwa aus Aluminium oder Kupfer, und wirkt gleich wie der Rotor 12 im oben beschriebenen Ausführungsbei spiel. Die Teile in Fig.2, die mit den ent sprechenden Teilen der Fig.1 übereinstim men, weisen gleiche Bezugsnummern auf, ebenso stimmen die Verbindungen der Teile untereinander überein.
Wie Untersuchungen gezeigt haben, wirkt der leitende Rotor 15 in der gewünschten Weise, auch ohne eine öffnung, die ihn äusserlich einer Kurzschluss- windung ähnlich machen würde. Jedoch weist die ringartige Rotorbauweise gewisse zu sätzliche konstruktive Vorteile auf, die weiter unten noch näher erläutert werden.
Es hat sich gezeigt, dass eine Gebereinrich tung nach der vorliegenden Bauweise in ihrer Empfindlichkeit wesentlich -erhöht . werden kann, durch eine Verringerung des magneti schen Widerstandes in Achsrichtung der Aus gangswicklungen. Ein Ausführungsbeispiel mit einem Aufbau, bei dem diese gesteigerte Empfindlichkeit erzielbar ist, zeigt die Fig. 3 in Vorderansicht.
Hier ist das angenähert kreisrunde Blechpaket des Statorkernes 16 mit einander gegenüberliegenden nach ein wärts gerichteten Erregerpolen 17 und 18 V, versehen, auf denen hintereinandergeschaltete Erregerwicklungen 19 bzw. 20 angebracht und an die periodisch sich ändernde Erregerspan nung an den Eingangsanschlüssen 21_ange- schaltet sind. Die Ausgangswicklungen 22 und 23 befinden sich mit gegenseitigem Abstand auf dem Kernschenkel 24, der sich ange nähert senkrecht zu den Erregerpolen 17 und 18 quer über die Statorbohrung erstreckt und einen Weg niedrigen magnetischen Wi derstandes bildet.
Bei fehlendem Rotor ist der Verlauf und die kompensierende Wirkung der Magnetflüsse durch die Ausgangswicklungen 22 und 23 weitgehend gleich wie die an Hand von Fig. 1 beschriebene. Ein leitender Ring 25 dient als Kurzschlusswindung des Ro tors, ist auf der Welle 26 drehbar angebracht und umschliesst den Kernschenkel 24.
-Die Kreisströme im Rotor 25 sind grösser, infolge des verringerten magnetischen Widerstandes, den der Kernschenkel 24 innerhalb der Kurz- schliasswindung für den Rotormagnetfluss dar stellt, und der Kernschenkel 24 ergibt auch eine stärkere Verkettung des Rotormagnet- flusses mit den Ausgangswicklungen. Diese Effekte ergeben zusammen grössere Ausgangs signale des Gebers, dessen Betriebsweise im übrigen weitgehend derjenigen der oben bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele gleicht. Es kann aber nur ein kleinerer Dreh winkelbereich ausgenützt werden.
Die beiden Ausgangswicklungen können auch zu einer einzigen, über die ganze Länge des Kernschen kels 24 sich erstreckenden Wicklung vereinigt werden, was zu gleichen Ergebnissen führt. Zwecks Erleichterung beim Zusammenbau kann der Kernschenkel 24 längs der gestri chelten Linien 27 aufgeschnitten sein, so dass der Rotor 25 in seine richtige Lage gebracht werden kann. Eine der beiden Ausgangswick lungen 22 und 23, oder die sie ersetzende, über die ganze Länge sich erstreckende einzige Aus gangswicklung sind bzw. ist längs des Kern schenkels 24 verschiebbar, zwecks Einstellung des Nullwertes des Ausgangssignals der Ge bereinrichtung.
Die Fig.4 zeigt ein bevorzugtes Ausfüh rungsbeispiel unter Verwendung von einstell baren magnetisierbaren Kernteilen zur Ver besserung der Charakteristik des Ausgangs signals beidseits der Nullstellung. Der Stator- kern und die Wicklungen sind mit den gleichen Bezugsnummern wie in den Fig..1 und 2 versehen, da ihre Konstruktion, gegenseitige Anordnung und Zusammenschaltung dieselbe ist.
Der Ausgangspol 10 und die Ausgangs- wicklung 8 sind infolge des Axialschnittes durch den Stator nicht sichtbar, dagegen der Rotor und die einstellbaren Kernteile. Bei die sem Ausführungsbeispiel ist ein Mittelkern 28 koaxial zur Achse 29-29 der Rotorwelle 30 und dem Kurzschlussrotor 31 angeordnet. Eine am Statorkern 1 angebrachte Lasche 32 trägt den Mittelkern 28, und ein an demselben be findlicher Gewindebolzen 34 mit der Mutter 33 ermöglicht eine einstellbare Befestigung des Mittelkernes 28 an der Lasche 32 in einer er wünschten Winkellage um die Mittelachse 29 bis 29.
Der Mittelkern 28 besteht aus einem Stapel runder Scheiben aus magnetisierbarem Material mit einer abgeflachten Stelle 35 am Umfang, zwecks Schaffung einer Unsymmetrie, die zur Nulleinstellung wichtig ist. Ohne den Mittelkern können gewisse Deformationen der gewünschten idealen Feldverteilung auftreten, die sowohl die räumliche Lage wie. auch ein Restsignal beim Nullwert zur Folge haben.
Um für das Ausgangssignal tatsächlich einen voll ständigen Nullwert zu ermöglichen, dient der zusätzliche Mittelkern 28, der vorzugsweise mit seiner abgeflachten Aussenseite 35 symmetrisch gegenüber einem der Pole angeordnet ist, eine Lage, in der sich eine völlig symmetrische Flussverteilung im Geber einstellt. Der Mittel kern 28 wird dann um die Achse 29-29 ver dreht, bis der Nullwert im Ausgangssignal er reicht ist und durch Anziehen der Mutter 33 in dieser Lage festgehalten wird.
Die Anordnung des Stator- und Mittel kernes bei Fig. 4 ist derart getroffen, dass eine flache Kurzschlusswindung als Rotor verwend bar ist, und zwar besteht der Rotor 31 aus einem Stück, was bei dieser Bauart besonders zweckmässig ist, und baumässige Vorteile bietet. Wie aus Fig.4 ersichtlich, ist der Rotor 31 als Teil eines Zylinders oder Rohres gestaltet, mit einer Längsachse, die mit der Achse 29-29 zusammenfällt und mit einer Stirnfläche 36, die an .der Rotorwelle 30 befestigt ist.
Das andere Ende des Rotorzylinders ist offen, damit der Mittelkern 28 in den Rotorinnen- raum hineinragen kann. Der Magnetfluss von den beiden Erregerpolen 4 und 5 ist mit den, beiden parallelen, um 180 gegeneinander auf dem Rotorumfang versetzten Rotorleitern 37 und 38 verkettet, durch die die Leiterschleifen ebene bestimmt ist und die durch Aussparun gen am rohrförmigen Rotor, zusammen mit der Stirnfläche 36 und den Endringen 39 und 40, entstehen.
Die Rotorleiter 37 und 38 besitzen vorzugsweise eine grössere axiale Länge als die Statorpole und sind miteinander durch die Endringe 39 und 40 sowie die Stirnplatte 36 verbunden. Der Rotor dieser Bauart wirkt in elektrischer und magnetischer Hinsicht prak tisch auf die gleiche Weise wie für den Rotor 1.2 an Hand von Fig. 1 oben beschrieben, nur erhöht der Mittelkern 28 die Rotorwirkung und ergibt eine scharfe Nullstelle, frei von Störsignalen des Gebers.
Die Betriebsweise als Drehmomenterzeuger wird bei gleichzeitiger geeigneter Erregung aller vier Wicklungen er halten, :wie bereits an Hand des Ausführungs beispiels nach Fig. 1 erläutert.
Die Fig. 5 zeigt im Schnitt. einen magne tisch aufgehängten Neigungskreisel mit einem Signalgeber der vorliegenden Bauart sowie ein Blockschaltbild des ganzen Systems. Bei die ser Anordnung können die Vorteile der be schriebenen Geberkonstruktion nach Fig. 4 voll zur Wirkung gebracht werden, nämlich das stark verringerte Rotorgewicht, die TJn- empfindlichkeit gegen axiale und radiäle Ver lagerungen, das Fehlen grösserer Drehmomente und seitlicher Schübe, die einfache Justierung, das Fehlen elektrischer Rotoranschlüsse,
die scharfe Nullstelle und das sehr hohe Signal/ Stör-Verhältnis im Ausgang. Der Neigungs kreisel besitzt einen elektrisch angetriebenen Kreiselrotor 41, der in einer Kardanhalterung 42 drehbar um die Kreiselachse gelagert ist, die senkrecht zur Kardanwelle 43 verläuft. Der Aussenrahmen 44, der am betreffenden Fahrzeug festsitzt, ist mit zwei Endlaschen 45 und 46 versehen, in denen die Kreisel- Haupttragwelle 43 drehbar gelagert ist.
Die Endlaschen 45 und 46 tragen reibungsarme Lager zur Begrenzung von Axialbewegungen der Welle 43, während die radiale Halterung der Welle 43 mittels magnetischer Aufhän gungen 47 und 48 erfolgt, die ebenfalls in den Endlaschen 45 und 46 angebracht sind. Der Kreiselrotor 41 und seine. Kardanhalterung 42 befinden sich in einem luftdicht abgeschlos senen Behälter 49.
Seitens eines Drehmoment erzeugers 50, mit einem am Kardan 42 be festigten Rotor 51 und einem am Aussenrah men 44 angebrachten Stator 52, wird ein Dreh moment um die Achse der Kreiseltragwelle 43 ausgeübt, um dieselbe in eine neutrale Lage zurückzustellen, sobald vom Geber 53 eine Winkelverstellung der Welle 43 festgestellt wird. Wie bei Neigungskreiseln üblich, ver ursacht jede Winkelbewegung des Aussenrah mens 44 um eine Achse senkrecht zur Kreisel rotorachse und zur Kardantragwelle eine Prä- zessionsbewegung der Welle 43 um einen Dreh winkel proportional zur Grösse der Winkel bewegung des Aussenrahmens 44.
Der Geber 53, der seitens der Wechselstromquelle 54 ge speist wird, liefert elektrische Ausgangssignale, die dieser Winkelbewegung entsprechen, zu einer Steuereinrichtung 55, die ihrerseits den Drehmomenterzeuger 50 so stark erregt, da ss derselbe ein gleichgrosses, entgegengesetzt wie die Präzession gerichtetes Drehmoment er zeugt, und ausserdem eine Auswertevorrich- tung 56 für das Signal speist, etwa einen Wendegeschwindigkeitszeiger oder ein auto matisches Pilotsteuergerät.
Der Geber 53 dieser Anordnung ist von einer der Fig. 4 entsprechenden Bauart, und die Bezugsnummern entsprechen den dort angegebenen. Der Statorkern 1 ist am Aussen rahmen 44 und der Rotor 31 auf der Kreisel- Haupttragwelle 43 angebracht, so dass die in den Ausgangswicklungen erzeugten Ausgangs signale ein Mass für die relative Verdrehung der Welle 43 darstellen.
Die ausserordent lichen Vorteile dieser Geberbauart zeigen sich bei dieser Anwendung deutlich. Beispielsweise sei darauf hingewiesen, dass die magnetischen Aufhängungen 47 und 48 eine beträchtliche radiale Verlagerung der Welle 43 sowie ein gewisses, durch die reibungsarmen Lager in den Endlaschen 45 und 46 begrenztes Axial spiel zulassen. Dementsprechend ist ein Geber, der auf eine dieser Verlagerungen reagiert, insofern unbrauchbar, als die Ausgangssignale dann Fehler enthalten, die bei einem Instru- ment und einer Anlage mit derart hohen An forderungen an Empfindlichkeit und Genauig keit umzulässig sind.
Wie oben bereits dar gelegt, ist der vorliegende Geber dagegen weit gehend unempfindlich, sowohl gegen radiale wie auch gegen axiale Verschiebungen der Rotorwelle innerhalb weiter Grenzen, und liefert Ausgangssignale, die grösstenteils nur die gegenseitige Winkellage zwischen dem Stator lind Rotor wiedergeben, unbeeinflusst durch die- Nachgiebigkeit einer magnetischen oder ähnlichen Aufhängung. Ein zweiter Hauptvorteil beruht auf der Tatsache, dass bei einem Anschluss des Gerätes als Geber, der im ganzen leitende aber nichtmagnetische Ro tor nur Rotor-Stator-Drehmomente kleinsten Wertes verursacht.
Beim dargestellten Kreisel würden gegenwirkende - Drehmomente seitens des Gebers im Signalausgang der Anlage zu Fehlern führen, da die auf die Kreisel-Haupt- tragwelle ausgeübten Drehmomente ausschliess lich aus der Präzession herrühren sollten, und: bei andern Kreiselgeräten würden derartige Geberdrehmomente eine unzulässige Präzession zur Folge haben.
Bei der Anwendung der vor liegenden Geberkonstruktion bei einem inte grierenden Kreiselgerät oder einem Zweiachs- Kreiselgerät ist ferner von Nutzen, dass, wenn schon einkleines Geberdrehmoment entstehen sollte, dasselbe dann negativ gemacht werden kann, also in einem Drehsinn auftritt, der dem üblichen Federdrehmoment und demjenigen von Stromzuführungsspiralen entgegengesetzt ist. In den Fig. 4 und 5 tritt in jeder Null ; Stellung, bei welcher der Rotor 31 auf die Ausgangswicklungen ausgerichtet ist, bei einer Verdrehung ein negatives Drehmoment auf.
Das geringe Eigengewicht des Rotors, das bei Verwendung von nichtmagnetischem Leicht , metall erzielbar ist, im Gegensatz zu dem schweren magnetisierbaren Material anderer Geber, und das Fehlen von Schleifringen oder Stromzufuhrspiralen für die Rotorspeisung sind von Bedeutung wegen der Verminderung der Lagerreibung und der Belastung der Krei- sel-Haupttragachse. Bekannte Kreiselanlagen können niemals genauer als die verwendeten Signalgeber sein, es sei denn unter Verwen- dung umfangreicher Kompensationseinrich tungen,
weshalb hervorragend gute Nullwerte und Signal<B>/</B> Stör-Verhältnisse derartiger Geber von grösster Wichtigkeit sind.
Natürlich können zahlreiche Konstruk- tionen von Signalgebern nach der beschrie benen Bauweise ausgeführt werden.. Beispiels weise kann der leitende Rotor mit einer Kurz schlusswicklung aus mehr als einer Windung versehen sein. Die Erregerwicklungen können mit nur einer Ausgangswicklung zusammen wirken, oder es können umgekehrt zwei Aus= gangswicklungen und nur eine Erregerwick lung vorgesehen sein; auch bei Vorhandensein von nur je einer Erreger- und Ausgangswick lung können die erwünschten Resultate erzielt werden.
Es können auch magnetische Neben schlüsse zur Durchführung der Einstellung des Nullwertes von exzentrischer oder unsym- metrischer Gestalt aus magnetisierbarem Ma terial vorgesehen und in der Nähe der Pole angeordnet werden, um eine Beeinflussung der Magnetfeldverteilung im Luftspalt zu er möglichen.
Electromagnetic device The present invention relates to an electromagnetic device which can be used in particular as an electromagnetic control signal transmitter or as a sensitive torque generator.
Among the numerous known arrangements for generating an electrical signal that is dependent on the angular adjustment between rotor and stator parts, one of the most common for certain applications is the type that has a rotor made of magnetizable material and no rotor winding, the stator exciter and signal has output windings which are arranged in such a way that the magnetic flux linked to the output windings is influenced by the rotor position relative to the stator.
Essentially, such a device works on the principle of a variable magnetic Wi resistance by changing the resistance of the magnetic circuit enclosed by the output winding's through the spatial movement of the magnetic material of the rotor by changing the same for different proportions of the magnetic flux from the excitation windings to the magnetic circuit of the output windings forms a shunt.
A typical device of this type is a variable magnetic resistance transformer with a three-legged stator core open on one side, an excitation winding on the middle leg and output windings on the outer legs, the armature of which has a piece of magnetic material that is shorter than the stood "between the open ends of the outer legs and as a result:. Its arrangement bridges the air gap between the middle leg and one of the outer legs, while the gap from the middle leg to the other outer leg is enlarged.
Other arrangements of this type have a four-pole stator core with exciter windings on one pair of opposing poles and with output windings on the other pair of opposing poles, the rotor being made of a molded body made of magnetic material, which stands when the angle is adjusted influences the resistance of the magnetic circuit comprising the poles with the output windings.
While the above-mentioned types of control signal generators are advantageous in that their movable armatures do not require any connections to the electrical circuits, very undesirable torques and magnetic axial thrusts occur between the relatively movable parts, caused by the armature magnet material, and furthermore the The mutual position of the parts moving relative to one another is particularly critical because minor positional errors affect the magnetic resistance, interfere with the accuracy of the output signals and, in turn, result in further large magnetic transverse forces and torques.
These after parts are particularly detrimental when such a signal transmitter is used together with equipment that requires the highest possible and most reliable accuracy of the output signals, or undesirably sensitive to a torque present in the transmitter. For example, compass devices are adversely affected by both types of defects mentioned, since a control signal transmitter that averages the adjustments of the compass axis can only respond precisely to angle changes without noticeable torques occurring which would result in incorrect precession.
So far, short-circuited, electrically conductive windings in rotors have already been used in motors, in tracking equipment and in signal generators, but only to achieve compensation effects, to align the magnetic flux and to change the alignment of magnetic circuits.
In contrast, the present invention relates to an electromagnetic device consisting of a stator with at least one excitation winding, which is used to produce a periodically changing magnetic field with a largely parallel magnetic flux, and a rotor having at least one conductor loop, which can be rotated around an in a plane containing at least the greater part of the conductor loop and perpendicular to said magnetic field is arranged ver running axis.
It is characteristic here that the rotor is electrically conductive and not ferromagnetic and has a shape that enables the currents induced in it to circulate in the conductor loop. Furthermore, at least one additional winding is arranged on the stator in such a way that it is unaffected in a rotor position by the magnetic flux generated by the excitation winding, but that there is a coupling of the additional winding with magnetic fields generated by the rotor.
Accordingly, the .Erfindung enables the creation of an improved control signal generator with a short-circuited guide the armature. The torque and the axial thrust between the relatively rotatable parts zuein other is greatly reduced, and the encoder is less sensitive to radial and axial displacement between these parts, which simplifies the zero position and a more favorable control signal / interference signal ratio on the electrical output.
Furthermore, the improved electromagnetic device with its completely non-magnetic rotor can be used both as a signal transmitter and as a torque generator without any change in construction.
Below are some Ausführungsbei games of the subject invention with reference to FIGS. 1 to 5 are described in more detail.
Here, Fig. 1 shows a perspective view of an embodiment of a transmitter or a sensitive torque generator, provided with an air coil from a short-circuit winding as a rotor, Fig. 2 is a side view of an electro-magnetic device in section, with a plate-shaped, electrically conductive rotor, Fig 3 is a schematic front view of a further exemplary embodiment of an electromagnetic device with increased sensitivity.
4 shows a preferred embodiment of the electromagnetic device with an adjusting member for the zero position and FIG. 5 shows an application for an exemplary embodiment of the signal generator according to the invention.
The exemplary embodiment according to FIG. 1 has an annular laminated core 1 made of stator laminations with four inwardly projecting poles 4, 5 and 9, 10 evenly distributed around the circumference. The field windings 2 and 3 connected in series enclose the field poles 4 and 4, respectively. 5 and are fed from a periodically variable voltage source which is connected to the terminals 6; the arrangement is such that the two magnetic fluxes add up and run through the air gap between the pole faces 4 and 5.
The output windings 7 and 8 connected in series enclose the output poles 9 and 10, respectively, so that voltages induced in them can pass through the connections 11 to an evaluation device connected there. The rotor part 12 consists of a short-circuit winding of oval shape which is mounted symmetrically on a rotor 13 which is rotatable about the central axis 14-14.
If the short-circuit rotor is missing and the excitation windings 2 and 3 are fully excited, the entire alternating magnetic flux flows through the excitation poles 4 and 5, mostly from one pole 4 in a straight line across the air gap to the other pole 5. The main part of the magnetic flux closes via a magnetic circuit encompassing one half of the stator core 1, each in equal parts, so that no magnetic flux flows over the output poles 9 and 10, i.e. no voltage is induced in the output windings 7 and 8. Of course, a small part of the magnetic flux passes from the neighboring exciter poles 4 and 5 to the output poles 9 and 10.
However, if there is complete symmetry of the stator structure and the flux emanating from poles 4 and 5 is exactly the same, then the magnetic fluxes originating from poles 4 and 5 cancel each other out in pole 9, since the same amplitudes have the same amplitude but opposite directions at every moment . There is also a mutual compensation of the magnetic fluxes originating from the poles 4 and 5 in the output pole 10. Even if the exciting fluxes are unequal, the voltages in the output windings 7 and B compensate each other. So with occurs at the output of the series circuit of the output windings 7 and 8 no voltage.
If the short-circuit rotor 12 is installed in this apparatus, namely in the position indicated in FIG. 1 with the short-circuit winding arranged practically parallel to the alternating magnetic flux between the poles 4 and 5, there will be no resulting, flowing along the wind in the same Induced current so that the rotor does not interfere with the compensation state just described with the output voltage zero.
So the rotor 12 is in the position indicated in Fig. 1 in a zero position rela tively to the stator. A slight rotation of the rotor 12 clockwise from the ge called zero position leads to the generation of a circulating current on the part of the alternating exciter field in the conductive rotor, since now the exciting magnetic flux no longer runs parallel to the level of the short-circuit winding of the rotor ver. These circulating currents induced in the rotor in turn generate magnetic fluxes that are directed approximately perpendicular to the plane of the rotor ring.
With the assumed slight rotation of the rotor 12 in the clockwise direction, the main part of the magnetic flux generated by the rotor 12 runs through the output poles 9 and 10, and closes over the stator halves. This rotor magnetic flux induces output signals of the same phase in the output windings 7 and 8, which occur at the connections 11 when these windings are connected in series.
Within a limited angular range of rotation, a further clockwise rotation of the rotor 1.2 results in an increase in the circular currents induced in the rotor, that is, an increase in the rotor magnetic flux and an increase in the output signals induced in the output windings 7 and 8. Finally, an angular position is reached in which another. An increase in the magnetic flux generated by the rotor no longer generates larger output signals, since its direction is increasingly inclined towards the output windings -9 and 10 or their poles.
The position for the largest output signal is in the middle of the 0 to 90 angular adjustment range of the rotor 12, and a further clockwise rotation of the rotor 12 results in a reduction in the output voltage until a second .Nullstel development is reached at which the rotor is in the 90 position, so the rotor plane runs perpendicular to the direction of magnetic flux in the air gap between poles 4 and 5.
In this 90 position, the highest rotor current flows, but the entire rotor magnetic flux is directed towards the exciter poles and is not linked to the output windings.
A counterclockwise rotation of the rotor 12 from the zero position shown in FIG. 1 results in an output signal of the same type but exactly in the opposite phase. Thus, the phase position of the output signal characterizes the direction of rotation of the rotor-stator adjustment, while the amplitude of the same is proportional to the angle of rotation of this adjustment, at least within a limited range, which is of great advantage for null instruments of this type.
As already mentioned above, when the rotor 12 is rotated 90 from the zero position according to FIG. 1, it is in a further zero position, and although the maximum circulating current is induced in the short-circuit winding, the rotor flux with the output windings 7 and 8 is not chained. A further clockwise rotation of the rotor results in output signals with a phase position which is opposite to that which occurs when the rotor is rotated in the opposite direction, ie counterclockwise, from this 90-zero position.
The amplitude of the output signal begins to decrease at an angular position of the rotor 12 at which the magnification of the rotor flux through the output poles 9 and 10 is exceeded by the reduction in the circular current induced in the rotor winding by the excitation flux from poles 4 and 5 becomes.
Although the torque between the rotor and stator of the encoder apparatus of the present type is extremely low and negligible for most applications, the remaining low torque can be made positive or negative, depending on which zero position is selected as the reference position of the apparatus . The alignment of the rotor 12 on the exciter pole, as indicated in Fig. 1, represents that position which. the short-circuit winding normally takes up due to the weak torque present.
A rotation of the rotor 12 from this zero position is counteracted by a positive torque, corresponding to the action of a spring We strive to return the rotor to the zero position. In the other zero position, in which the rotor is aligned with the output poles 9 and 10, the torques cancel each other out until the rotor has a small angle of rotation. From then on, the torque acting on the rotor is negative, which leads to a rotation of the same from this position into the zero position indicated in FIG.
In certain applications, especially as a direction sensor for the precession axis of a uniaxial inclination gyroscope, or for a gyroscope axis in which supply lines produce a positive torque, the negative torque can be used with particular advantage.
It has been found that the rotor of this device can be shifted slightly in its position either axially or along a diameter of the stator without affecting the character of the output signals. The construction types provided with a rotor made of magnetizable material do not show this advantage, and it should be pointed out that this is of great advantage for devices that have a flexible mount or suspension between the two relatively mutually movable parts, i.e. the stator and rotor of the encoder.
For example, in the case of parts moving relative to one another with magnetic or spring suspension, a lateral shift of their mutual axis position is possible with changing loads, but the described encoder can still be used and then speaks exclusively. the relative angular adjustment, since it is insensitive to lateral shifts. Another advantage of the described signal generator is that in the zero position the zero value is not achieved by mutual compensation of two oppositely directed voltages, as is the case with certain other arrangements.
Such compensation devices usually do not provide an exact and error-free zero value, since the exact antiphase of all flows and voltage components can only rarely be achieved. This is particularly true if the rotor structure contains magnetizable material that influences the phase position of the fluxes for the induced output signal. In contrast, the present encoder delivers a zero value that is relatively free of interfering signals, since no rotor flux is linked to the output windings, and the signal / interference ratio is also better in other positions.
The advantages that have been shown with the described design when operating as a signal transmitter can also be achieved when used as an electrically powered torque generator. In this mode of operation, the connections 11 of the windings 7 and 8 are simply connected to a periodically changing voltage, and no longer as in the case of an encoder, with an evaluation device actuated from the encoder output. The voltage applied to the connections 11 must have the same periodicity as the voltage source used to feed the connections 6, since the generated magnetic fields work together and generate a torque between the rotor and stator.
If the rotor plane is exactly parallel to the magnetic flux between poles 4 and 5 or 9 and 10, then the rotor 12 generates a magnetic field due to the induction on the part of the magnetic flux running perpendicular to it, the * with the magnetic field running parallel to the rotor plane works together and the maximum rotor torque he gives. A rotation of the rotor from this position causes a change in the torque exerted.
The phase position of the stator magnetic fields can be influenced to produce the maximum torque by means of any known means, and one or both of the applied voltages can be changed to adjust the strength of the rotating field generated. Furthermore, the direction of rotation of the torque can be selected negative or positive by correct phase adjustment of the voltages applied to the two winding pairs.
Fig. 2 shows, partially in section, a side view of a signal generator or torque generator with a thin, solid rectangular plate 15 as an inductive rotor part. The rotor plate 15, which grasps different conductors in itself, consists entirely of conductive material, such as aluminum or copper, and acts the same as the rotor 12 in the game Ausführungsbei described above. The parts in Fig.2 that match the corresponding parts of Fig.1 have the same reference numbers, and the connections between the parts match.
As studies have shown, the conductive rotor 15 works in the desired manner, even without an opening which would make it externally similar to a short-circuit winding. However, the ring-like rotor design has certain additional design advantages, which are explained in more detail below.
It has been shown that a sensor device according to the present design increases its sensitivity significantly. can be, by reducing the magneti's resistance in the axial direction of the output windings. An embodiment with a structure in which this increased sensitivity can be achieved is shown in FIG. 3 in a front view.
Here the approximately circular laminated core of the stator core 16 is provided with opposing, upwardly directed exciter poles 17 and 18 V, on which exciter windings 19 and 20 connected in series are attached and connected to the periodically changing excitation voltage at the input connections 21_an-. The output windings 22 and 23 are mutually spaced on the core leg 24, which is approaching perpendicular to the exciter poles 17 and 18 extends across the stator bore and forms a path of low magnetic resistance Wi.
If the rotor is missing, the course and the compensating effect of the magnetic fluxes through the output windings 22 and 23 are largely the same as those described with reference to FIG. 1. A conductive ring 25 serves as a short-circuit winding of the rotor, is rotatably mounted on the shaft 26 and surrounds the core leg 24.
The circulating currents in the rotor 25 are greater, due to the reduced magnetic resistance that the core leg 24 represents within the short-circuit winding for the rotor magnetic flux, and the core leg 24 also results in a stronger linkage of the rotor magnetic flux with the output windings. Together, these effects result in larger output signals from the encoder, the mode of operation of which is otherwise largely similar to that of the exemplary embodiments already described above. However, only a smaller range of angles of rotation can be used.
The two output windings can also be combined into a single winding extending over the entire length of the core leg 24, which leads to the same results. To facilitate assembly, the core leg 24 can be cut open along the dashed lines 27 so that the rotor 25 can be brought into its correct position. One of the two output Wick lungs 22 and 23, or the replacement, extending over the entire length of the single output winding are or is along the core leg 24 displaceable for the purpose of setting the zero value of the output signal of the Ge transmitter device.
4 shows a preferred Ausfüh approximately example using adjustable magnetizable core parts to improve the characteristics of the output signal on both sides of the zero position. The stator core and the windings are provided with the same reference numbers as in FIGS. 1 and 2, since their construction, mutual arrangement and interconnection are the same.
The output pole 10 and the output winding 8 are not visible due to the axial section through the stator, whereas the rotor and the adjustable core parts are visible. In this exemplary embodiment, a central core 28 is arranged coaxially to the axis 29-29 of the rotor shaft 30 and the short-circuit rotor 31. A tab 32 attached to the stator core 1 carries the central core 28, and a threaded bolt 34 with the nut 33 that is sensitive to the same enables the central core 28 to be fastened to the tab 32 in a desired angular position about the central axis 29 to 29.
The central core 28 consists of a stack of round disks made of magnetizable material with a flattened point 35 on the circumference for the purpose of creating an asymmetry which is important for the zero setting. Without the central core, certain deformations of the desired ideal field distribution can occur, which affects both the spatial position and the. also result in a residual signal at the zero value.
In order to actually enable a complete zero value for the output signal, the additional central core 28, which is preferably arranged with its flattened outer side 35 symmetrically opposite one of the poles, is used in a position in which a completely symmetrical flux distribution is established in the transmitter. The center core 28 is then rotated around the axis 29-29 ver until the zero value in the output signal is enough and is held by tightening the nut 33 in this position.
The arrangement of the stator and center core in Fig. 4 is made such that a flat short-circuit winding is usable as a rotor, namely the rotor 31 consists of one piece, which is particularly useful in this design, and structural advantages. As can be seen from FIG. 4, the rotor 31 is designed as part of a cylinder or tube, with a longitudinal axis which coincides with the axis 29-29 and with an end face 36 which is attached to the rotor shaft 30.
The other end of the rotor cylinder is open so that the central core 28 can protrude into the interior of the rotor. The magnetic flux from the two exciter poles 4 and 5 is linked to the two parallel rotor conductors 37 and 38 offset by 180 relative to one another on the rotor circumference, through which the conductor loop plane is determined and which are formed by cutouts on the tubular rotor, together with the end face 36 and the end rings 39 and 40 arise.
The rotor conductors 37 and 38 preferably have a greater axial length than the stator poles and are connected to one another by the end rings 39 and 40 and the end plate 36. The rotor of this type acts in electrical and magnetic terms practically table in the same way as described for the rotor 1.2 with reference to Fig. 1 above, only the central core 28 increases the rotor effect and results in a sharp zero point, free of interfering signals from the encoder.
The mode of operation as a torque generator is kept with simultaneous suitable excitation of all four windings, as already explained with reference to the execution example of FIG.
5 shows in section. a magnetically suspended inclination gyro with a signal transmitter of the present type and a block diagram of the entire system. With this arrangement, the advantages of the described encoder construction according to FIG. 4 can be brought to full effect, namely the greatly reduced rotor weight, the sensitivity to axial and radial displacements, the lack of larger torques and lateral thrusts, the simple adjustment, the lack of electrical rotor connections,
the sharp zero and the very high signal / interference ratio in the output. The inclination gyro has an electrically driven gyro rotor 41, which is rotatably mounted in a cardan bracket 42 about the gyro axis, which runs perpendicular to the cardan shaft 43. The outer frame 44, which is fixed on the vehicle in question, is provided with two end plates 45 and 46 in which the main support shaft 43 is rotatably mounted.
The end plates 45 and 46 carry low-friction bearings to limit axial movements of the shaft 43, while the radial support of the shaft 43 by means of magnetic hangings 47 and 48 which are also mounted in the end plates 45 and 46. The gyro rotor 41 and his. The cardan mount 42 is located in an airtight container 49.
On the part of a torque generator 50, with a rotor 51 fastened to the cardan 42 and a stator 52 attached to the Aussenrah men 44, a torque is exerted about the axis of the gyro support shaft 43 to return the same to a neutral position as soon as the encoder 53 has a Angular adjustment of the shaft 43 is determined. As is customary with inclination gyroscopes, every angular movement of the outer frame 44 about an axis perpendicular to the gyro rotor axis and to the cardan shaft causes a precession movement of the shaft 43 by an angle of rotation proportional to the size of the angular movement of the outer frame 44.
The encoder 53, which is fed by the alternating current source 54, supplies electrical output signals corresponding to this angular movement to a control device 55, which in turn excites the torque generator 50 so strongly that it generates a torque of the same size opposite to the precession , and also feeds an evaluation device 56 for the signal, such as a rate of turn indicator or an automatic pilot control device.
The encoder 53 of this arrangement is of a type corresponding to FIG. 4, and the reference numbers correspond to those indicated there. The stator core 1 is attached to the outer frame 44 and the rotor 31 is attached to the main rotor support shaft 43, so that the output signals generated in the output windings represent a measure of the relative rotation of the shaft 43.
The extraordinary advantages of this type of encoder are evident in this application. For example, it should be noted that the magnetic suspensions 47 and 48 allow a considerable radial displacement of the shaft 43 as well as a certain axial play limited by the low-friction bearings in the end plates 45 and 46. Accordingly, an encoder that reacts to one of these displacements is useless in that the output signals then contain errors that are not permissible in an instrument and a system with such high demands on sensitivity and accuracy.
As already explained above, the present encoder is largely insensitive to both radial and axial displacements of the rotor shaft within wide limits, and supplies output signals which for the most part only reflect the mutual angular position between the stator and rotor, unaffected by the Resilience of a magnetic or similar suspension. A second main advantage is based on the fact that when the device is connected as an encoder, the generally conductive but non-magnetic rotor only causes rotor-stator torques of the smallest value.
In the case of the gyro shown, counteracting torques on the part of the encoder in the signal output of the system would lead to errors, since the torques exerted on the main shaft of the gyroscope should result exclusively from precession, and: with other gyroscopes, such encoder torques would result in impermissible precession to have.
When using the present encoder design with an integrating gyro device or a two-axis gyro device, it is also useful that if a small encoder torque should arise, it can then be made negative, i.e. occurs in a sense of rotation that corresponds to the usual spring torque and that of power supply spirals is opposite. In Figures 4 and 5, zero occurs in each; Position, in which the rotor 31 is aligned with the output windings, a negative torque upon rotation.
The low dead weight of the rotor, which is achievable when using non-magnetic light metal, in contrast to the heavy magnetizable material of other encoders, and the lack of slip rings or current supply spirals for the rotor supply are important because of the reduction in bearing friction and the load on the circuit - sel main bearing axis. Known gyroscopic systems can never be more precise than the signal generators used, unless extensive compensation devices are used,
which is why excellent zero values and signal interference ratios of such encoders are of the greatest importance.
Of course, numerous constructions of signal transmitters can be carried out according to the construction method described. For example, the conductive rotor can be provided with a short-circuit winding of more than one turn. The excitation windings can work together with only one output winding, or, conversely, two output windings and only one excitation winding can be provided; The desired results can be achieved even when there is only one exciter and one output winding.
Magnetic secondary circuits for setting the zero value of eccentric or asymmetrical shape made of magnetizable material can also be provided and arranged in the vicinity of the poles in order to influence the magnetic field distribution in the air gap.