Einrichtung zur Feststellung der relativen Lage von verstellbaren Teilen
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Feststellung der relativen Lage bzw. des Masses der Verschiebung von zwei relativ zueinander verteIlbaren Teilen in Form von elektrischen Spannun en. Hierbei wird von einem aus zwei Elementen ;,stehenden System ausgegangen, wobei je ein Elenent dieses Systems einem der Teile zugeordnet bzw. mit demselben verbunden und eines der Elemente flit ausgeprägten Polen ausgeführt ist, von denen mindestens einzelne eine Wicklung tragen.
Erfindungsgemäss wird nun das zweite Element dieses Systems, das einen Kraftlinienschluss für die Pole des anderen Elements bildet, gleichfalls mit ; usgeprägten Polen ausgeführt, wobei deren Zahl, Breite und Abstand so gewählt sind, dass in jeder Stellung wenigstens zwischen zwei Polen des Elements mit bewickelten Polen ein Kraftlinienschluss gebildet wird.
Zur Vereinfachung werden im folgenden diejenigen Elemente, bei denen wenigstens einzelne Pole eine Wicklung tragen, als bewickelte Elemente, die anderen, den Kraftlinienschluss bildenden Elemente als Gegenelemente bezeichnet. Die Elemente können hierbei nach Art von Rotor und Stator derart ausgeführt sein, dass sie durch Drehbewegung rela tiv zueinander verstellt werden können. Es ist aber auch eine solche Ausführung möglich, bei der eine relative Verschiebung zwischen den beiden Elementen nicht in Form einer Verdrehung, also längs Kreisbahnen bzw. Zylinderflächen, sondern längs anderen Linien bzw. Fiächen, insbesondere etwa in geradliniger Versdiiebung erfolgt.
Die Funktion von Stator als feststehendem Teil und Rotor als verschieb- bzw. verdrehbarem Teil kann hierbei nach Bedarf den bewickelten Elementen oder auch den Gegenelementen zugeordnet werden.
Es ist aber auch möglich, beide Elemente zu bewegen, wobei eine Relativbewegung dadurch zustande kommt, dass sie gegensinnig oder auch gleichsinnig, aber um ein verschiedenes Mass bzw. mit verschiedener Geschwindigkeit bewegt werden. Mit bvson- derem Vorteil werden mehrere aus derartigen Elementen bestehende Systeme angewendet.
Zweckmässig werden dann mehrere bewickelte Elemente einerseits und ebenso auch die diesen zugeordneten Gegenelemente anderseits miteinander mechanisch fest zu Gruppen verbunden. Hierbei kann es Vorteile bildern, wenigstens einzelne dieser Gruppen so auszuführen, dass deren Einzelelemente auch gegeneinander verstellt werden können. Insbe- sondere kann es auch zweckmässig sein, die den Kraftlinienschluss bildenden Elemente (Gegenelemente) einer solchen Gruppe mit voneinander abweichenden Polzahlen, Polbreiten und Polabständen auszuführen.
Die Wicklungen eines bewickelten Elements können mit Vorteil in die Zweige einer Brückenschaltung gelegt werden, wobei dann an einer der Brückendiagonalen eine Spannung angelegt wird. Die Windungszahlen bzw. Polzahlen, Polbreiten und Pollükken können hierbei so ausgeführt werden, dass die Brücke in einer bestimmten relativen Lage der Elemente abgestimmt ist, so dass an der anderen Brükkendiagonale keine Spannung liegt. Sobald dann die Brücke infolge einer Relativbewegung der Elemente verstimmt wird, entsteht zwischen den Endpunkten der anderen Diagonale eine Spannung, die dann als Mass der Verstellung abgenommen werden kann.
Bei der Verwendung mehrerer Systeme kann man eine der Zahl der paarweise zusammenarbeitenden Systeme entsprechende Anzahl solcher Brücken bilden. Die einzelnen Ausgangswerte der Brücken werden zweckmässig an entsprechende Klemmen gelegt, so dass dann an diesen eine resultierende Spannung als ein Digitalwert auftritt, der ein Mass der Verschiebung der einzelnen Elemente bzw. einer durch diese Verschiebung ausgedrückten physikalischen Grösse darstellt.
Es kann also auf diese Weise auch bei stillstehenden Elementen ein Mass der relativen Lage in Form von digitalen Spannungswerten gewonnen werden, wobei die Genauigkeit durch die Anzahl und Ausbildung der zusammenarbeitenden Systeme bestimmt ist. Ebenso kann auch während einer Relativbewegung, beispielsweise einer Rotation der Elemente bzw. der mit diesen verbundenen Teile, laufend die Stellung an Hand der abgreifbaren Spannungen über wacht bzw. aufgezeichnet werden. Endlich ist es auch möglich, an Hand der Zahl der Spannungsänderungen (Impulse) die Anzahl der Umdrehungen bzw. den zurückgelegten Verschiebungsweg zu ermitteln.
Bei einer beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung ist vorzugsweise daran gedacht, den Digitalwert nach dem binären Zahlensystem zu liefern.
Das bedeutet, dass die Zahl der erforderlichen Einzelwerte, welche am Ausgang des Systems erzeugt werden sollen, von je einem Paar zusammenarbeitender Systeme an den beiden Teilen zu liefern ist und somit, wenn n die Anzahl der je vollständige relative Verstellung der beiden Teile zu erzeugenden Informationswerte ist, die Zahl der Systeme gleich dem Exponenten des als Potenz in bezug auf die Basis 2 ausgedrückten Zahlenwertes 12 ist bzw. gleich dem Logarithmus der Zahl n in einem Logarithmensystem mit der Basis 2 ist.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung veranschaulichen die Figuren der Zeichnung.
In Fig. 1 bezeichnen 1 und 2 die beiden Teile eines Gehäuses, welche derart einander angepasst sind, dass sie in axialer Richtung mit gegenseitiger zylindrischer Passung zusammengeschoben werden können. Der Teil 1 weist dabei solche Becherform auf, dass an seiner inneren Mantelfläche ein Absatz 3 und damit ein innerer Alantelflächenteil grösseren Durchmessers 4 gebildet ist. Auf dem Absatz 3 in dem Becherformteil 1 an seiner inneren Mantelfläche 4 können infolgedessen eine Anzahl von Ringelementen 5 bis 8 unter jeweiliger Zwischenfügung von Abstandsringen 9 bis 11 als Stapel eingeschichtet werden. Nach dem Einschichten dieses Stapels wird der zweite Gehäuseteil 2 eingebracht und spannt mit seinem zylindrischen Teil 12 das Stapelsystem gegen den Absatz 3 des Gehäuses 1.
Beide Gehäuse 1 und 2 sind mit je einem Lager 13 bzw. 13sol versehen, so dass ein umlaufender Teil 14 aus magnetisch leitfähigem Material über die ihn tragende Welle 15 in dem Gehäuse drehbar gelagert werden kann. An dem Läufer 14 ist an der Nlantelfläche jeweils, jedem der Ringelemente 5 bis 8 am Ständerteil zugeordnet, je eines der Gegenelemente 16 bis 19 vorgesehen. welche durch Eindrehungen 20 bis 22 voneinander getrennt sind.
Zur näheren Erläuterung des Aufbaues einer solchen Anordnung nach Fig. 1 wird nunmehr auf die weiteren Figuren der Zeichnung Bezug genommen.
Die Fig. 2 zeigt die schematische Darstellung bei einem Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1. die Fig. 3 bei einem Schnitt nach der Linie 111-111 der Fig. 1, die Fig. 4 bei einem Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1 und die Fig. 5 bei einem Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 1, wobei die Wicklung gen jedoch jeweils vollständig dargestellt sind.
Aus diesen Fig.2 bis 5 ist jeweils der Aufbau jedes der einzelnen der Ringelemente 5 bis 8 am Ständer der Anordnung nach Fig. 1 als auch der Aufbau der entsprechend zugeordneten Elemente am Rotor 14 zu entnehmen.
Jeder der Ringe 5 bis 8 weist, wie zu erkennen ist, vier ausgeprägte Pole auf. Diese Pole sind an dem Ring 5 nach Fig. 2 mit 23 bis 26, an dem Ring 6 nach Fig. 3 mit 27 bis 30, an dem Ring 7 nach Fig. 4 mit 31 bis 34 und an dem Ring 8 nach Fig. 5 mit 35 bis 38 bezeichnet. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau der gesamten Anordnung liegen die einzelnen Ringe 5 bis 8 derart in bezug auf die Achsrichtung des Systems bzw. der Welle 15 hintereinander, dass, in der Achsrichtung der Anordnung betrachtet. die Pole der Ringe 5 bis 8 einander decken. Jeder der ausgeprägten Pole 23 bis 26 nach Fig. 2 trägt je eine der Wicklungen 39 bis 42. Diese Wicklungen sind nach Fig. 6 zu einer Brücke zusammengeschaltet.
In dieser Schaltung s:ind für die einzelnen Wicklungsanordnungen die gleichen Bezugszeichen beibehalten worden wie nach Fig. 2.
Diese Brückenschaltung nach Fig. 6 wird an den Klemmen 43 bzw. 44 mit Wechselstrom gespeist.
Die Ausgangsklemmen der elektrischen Brücke sind mit 45 und 46 bezeichnet. Innerhalb des Elements mit ausgeprägten Polen 23 bis 26 liegt auf dem Läufer 14 das Gegenelement 16. Dieser Teil 16 weist an seinem äusseren Umfang an bestimmten Stellen Lükken 47, 48, 49 und 50 auf. Von diesen liegen je zwei in bezug auf die Achse des Teiles 14 einander diametral gegenüber. So liegt die Lücke 47 der Lücke 49 und die Lücke 48 der Lücke 50 diametral gegen über. Diese Lücken sind in dem Ausführungsbeispiel beispielsweise mit einem Zentriwinkel von 22,5 Grad bemessen. Somit ist zwischen den beiden Lücken 48 und 49 ein Ringsektor 51 vorhanden. der in der gezeigten relativen Stellung des Elements 5 und des Elements 16 mit seiner äusseren Fläche den Polschuhen 24 und 25 dicht benachbart liegt.
In gleicher Weise ist an dem gegenüberliegenden Teil der Mantelfläche des Körpers 16 ein entsprechender Ringsektor 52 vorhanden, der mit seiner äusseren Mantelfläche dicht an die Polstücke 23 und 26 herantritt. Die Anordnung der Wicklungen auf den Polen ist unter Berücksichtigung ihrer Speisung und ihres Wicklungssinnes derart gewählt, dass, bezogen auf einen Momentanwert des Nechselstroms, z. B. eine solche Polarität an den Po'stücken entsteht, wie sie durch die eingetragenen Buchstaben N und S zum Ausdruck gebracht ist, wobei jeweils N einen Nordpol und S einen Südpol an der Anordnung bezeichnen sollen.
Wird eine Speisung der Wicklungen 39 bis 42 unterstellt, so ergeben sich für die einzelnen Wicklungsanordnungen bei der dargestellten Lage des Läufers 14 bzw. seines Teiles 16 gegenüber dem Ringkörper 5 bzw. dessen Polen 23 bis 26 die nachfolgenden magnetischen Flusswege. Von dem Nordpol 24 kann ein magnetischer Fluss seinen Weg über den Teil 51 und den Pol 25 zurück über das Joch des Ringes 5 zurück zum Pol 24 nehmen. Weiterhin ergibt sich ein Flussweg von dem Pol 24 in zwei Zweigen über den Ring 16 am Läufer 14 zum Pol 26 und zurück über das Joch zum Pol 24. In anaioger Weise ergeben sich auch magnetische Fluss kreise von dem Nordpol 23 zu den Südpolen 26 bzw.
25. In der dargestellten relativen Lage haben die Flusswege für die magnetischen Kreise der Wicklungen 39 bis 42 den gleichen magnetischen Widerstand. Demzufolge haben alle vier Wicklungen auch den gleichen induktiven Widerstand, und daher entstehen an ihren Enden gleich grosse Spannungen. Das bedeutet, dass zwischen den Klemmen 45 und 46 der Ausgangsdiagonale der Brücke nach Fig. 6 der Spannungswert Null besteht. Aus der Darstellung nach Fig. 2 ist zu erkennen, dass diese Verhältnisse bei der Drehung des Systems 16 am Rotor gegenüber den Polen des Ringes 5 so lange bestehen bleiben, bis eine der Lücken 49 bzw. 47 vor den Pol 24 bzw. 26 gelangt. In diesem Augenblick wird bei einer Weiterdrehung in den jeweiligen magnetischen Kreis praktisch sprunghaft ein Luftspalt eingeschallet, der durch die radiale Ausdehnung der Lücken 49 bzw.
47 bestimmt ist. Es wird also auf diese Weise in den Flussweg eines einzelnen magnetischen Kreises ein magnetischer Widerstand eingeschaltet. Das bedeutet in der Darstellung der Lage des schraffierten Teiles
16 nach Fig. 2, dass in den Weg des magnetischen Flusses vom Pol 24 über den'Teil 16 und den Pol 25 zurück über das Joch 5 zum Pol 24 ein grosser magnetischer Widerstand eingeschaltet worden ist.
Auf diese Weise sinkt die Induktivität der Spule 40 und damit der an ihr bestehende Spannungsabfall ab.
Für die Wicklung 41 bleibt jedoch ein gleichartiger magnetischer Kreis wie vorher bestehen, der von dem Pol 25 in zwei Zweigen über das magnetische System 16 und den Pol 23 sowie anschliessend in zwei Zweigen über das Joch des Ringteiles 5 zurück zum Pol 25 verläuft. Aus diesem Grunde behält also die Wicklungsanordnung 41 ihren vorherigen Induktivitätswert bei. Dieser neuartige Zustand für die zusammenarbeitenden Teile 5 am Ständer und 16 am Läufer bedeutet, dass die Brücke nach Fig. 6 sprunghaft aus dem Gleichgewichtszustand heraus in einem solchen Zustand übergeführt worden ist, dass der Spannungsabfall an den Wicklungen 40 und 42 herabgesetzt worden ist.
Wird beispielsweise ein Momentanzustand angenommen, in welchem an der Klemme 43 der Eingangsdiagonale der Brücke positive Polarität gegenüber der Klemme 44 besteht, so bedeutet das, dass die Klemme 45 der Ausgangsdiagonale der Brücke nach dem negativen Potential zu und gleichzeitig die Klemme 46 nach dem positiven Potential zu verschoben worden ist. Es entsteht auf diese Weise also eine solche Spannungsdifferenz zwischen den Klemmen 46 und 45 der Ausgangsdiagonale der Brücke, dass in dem betrachteten Augenblick die Klemme 46 positive Polarität und die Klemme 45 negative Polarität haben.
Ergibt sich bei der relativen Verstellung von 16 und 5 eine solche relative Lage, dass in den magnetischen Flussweg der Wicklungen 39 und 41 ein entsprechend grösserer magnetischer Widerstand eingeschaltet wird, während gleichzeitig in den magnetischen Kreisen für die beiden Wicklungen 40 und 42 der magnetische Kreis seinen geringsten Widerstand hat, so ergeben sich dann die Verhältnisse, wonach an den Wicklungen 39 und 41 der Brücke nach Fig. 6 der kleinere Spannungsabfall und an den Wlicklun- gen 40 und 42 der grössere Spannungsabfall auftritt.
Sinngemäss würden sich dann bei dem angenommenen Momentanwert der Wechselspannung an der Eingangsdiagonale der Brücke mit der Polarität nach der Fig. 6 solche Verhältnisse ergeben, dass für den betrachteten Zeitmoment an der Klemme 45 der Ausgangsdiagonale der Brücke positive Polarität und an der Klemme 46 negative Polarität durch die Störung des Brückengleichgewichts entsteht. Wird die an den Klemmen 45 und 46 auftretende Spannung ihrem Effektivwert nach gemessen, so lassen sich die Verhältnisse, die durch das Zusammenwirken des Ringsystems 5 mit dem zugeordneten System 16 des Läufers für die Wicklungsanordnungen auftreten, auch durch ein Schaubild nach Fig. 7 veranschaulichen.
Das Schaubild nach Fig. 7 zeigt die Effektivwerte der an den Klemmen 45 und 46 in Fig. 6 auftretenden Wechselspannung abhängig von dem relativen Versteliwinkel der beiden Teile 5 und 16.
Da, wie bereits früher ausgeführt worden ist, die einzelne Lücke einen Zentriwinkel von 22,5" hat entsprechend t des vollen Zentriwinkels von 360", so ist zu erkennen, dass sich jeweils in einem Intervall über einen solchen Winkelweg von 22,5" an den Ausgangsklemmen 45 und 46 der Spannungswert Null und in einem nachfolgenden Intervall von 22,5" bei dem gewählten Aufbau des Systemteiles 16 ein bestimmter Spannungswert bestimmter Höhe entsprechend dem angeführten Effektivwert an den Klemmen 45 und 46 ergeben werden.
Aus der Fig. 7 ist zu entnehmen, dass sich beli einem vollständigen Umlauf des Teiles 16, also über einen Winkel von 360 gegenüber dem Ringteil 5, acht Spannungsimpulse von gleicher Höhe ergeben mit entsprechenden gleichlangen Zwischenpausen.
Die verschiedene Phasenlage der Wechsclspannungsimpulse, bezogen auf die Nullinie, ergibt sich, wie bereits angeführt, dadurch, dass entweder die beiden Wicklungsanordnungen 40 und 42 an ihren Klem men je einen höheren Spannungswert aufweisen gegen über denjenigen Spannungen, welche an den Wicklungsanordnungen 39 und 41 auftreten oder umgekehrt.
Die Flankensteilheit der Spannungsimpulse, welche sich gemäss Fig. 7 ergeben, hängt von der Bauform der ausgeprägten Pole 23 bis 26 an der Übertrittsstelle des magnetischen Flusses zum Läuferteil 14 bzw. 16 ab. Je geringer die Breitenausdehnung des einzelnen Poles in der Umfangsrichtung bzw. der Umlaufsrichtung des Teiles 16 ist, desto grösser wird die Flankensteilheit der Spannungsimpulse, welche sich im Sinne des Schaubildes nach Fig. 7 ergeben.
Einen ähnlichen Aufbau bzw. eine ähnliche gemeinsame Arbeitsweise, wie sie für das System 5 im Ständer und das System 16 im Läufer im vorhergehenden beschrieben worden sind, haben auch die beiden zusammenarbeitenden Systeme 6 des Stän ders und 17 des Läufers gemäss der Darstellung nach Fig. 3. Bei dieser Ausführung weist der Ständerteil 6 die ausgeprägten Pole 27 bis 30 auf, von denen jeder je eine der Wicklungen 49, 50, 51 bzw. 52 trägt. Diese Wicklungen 49 bis 52 bilden wieder die Zweige einer Brücke, wie sie in Fig. 8 veranschaulicht ist. Die Klemmen an der Eingangsdiagonale dieser Brücke sind mit 53 und 54 bezeichnet, die Klemmen der Ausgangsdiagonale der Brücke mit 55 und 56.
Der metallische Teil des Rotors hat in diesem Fall einen abweichenden Aufbau gegenüber der Anordnung nach Fig. 2, indem in dem Mantelkörper des Rotors in diesem Falle zwei diametral gegenüberliegende Lücken vorhanden sind, von denen jede einem Zentriwinkel von 45 entspricht. Dieser Aufbau hat zur Folge, dass beim Umlauf des Läuferteiles der magnetisierbare Teil 17 in rhythmischen Abständen von 45 des Umlaufes eine Veränderung des Spannungswertes herbeigeführt wird, der an den Klemmen der Ausgangsdiagonale 55 und 56 der Brückenschaltung gemäss Fig. 8 auftritt. Das erfolgt aus den gleichen Gründen, wie es erläutert worden ist für die Anordnung nach Fig. 2.
Die entsprechenden Spannungsimpulse, welche sich als Effektivwert an den Klemmen 55 und 56 in Abhängigkeit von einem vollen Umlauf des Rotors des Messwertumformers ergeben, veranschaulicht die Fig. 9 der Zeichnung.
Eine weitere Anordnung zweier einander zugeordneter Elemente im Ständer und Läufer der Anordnung nach Fig. 1, und zwar des Elements 7 des Ständerteiles und des Elements 8 des Rotorteiles, veranschaulicht in schematischer Darstellung die Fig. 4 der Zeichnung. Die an dem Teil 7 vorgesehenen ausgeprägten Pole waren bereits früher erwähnt und sind mit 31 bis 34 bezeichnet. Von diesen ausgeprägten Polen tragen die Pole 31 und 33 je eine Wicklung 57 bzw. 58. die derart auf den Polen hinsichtlich ihres Wicklungssinnes angeordnet sind, dass sich die eingetragenen Polaritäten N und S für die ausgeprägten Pole ergeben.
Diese beiden Wicklungen 57 und 58 bilden wieder gemäss Fig. 10 je einen Zweig einer elektrischen Brücke, deren andere beiden Zweige aus je einem Widerstand 59 bzw. 60 bestehen. An den Klemmen 61 und 62 der Eingangsdiagonale der Brücke liegt wieder die Wechselspannung. An den Klemmen 63 und 64 der Ausgangsdiagonale der Brücke kann dann eine entsprechende Spannung abgenommen werden, wenn wieder in Übereinstimmung mit den vorausgehend geschilderten Anordnungen eine Luftspaltvergrösserunb unter einem der Pole stattfindet und dadurch das vorher bestehende Brückengleichgewicht gestört wird. Für die Herbeiführung dieses Effektes ist in diesem Falle das System 18 am Läuferteil derart ausgebildet, dass es eine Lücke von 90" aufweist.
Demzufolge ergibt sich nach etwa je 900 eine entsprechende Spannungsänderung zwischen den Klemmen 63 und 64 der Brücke, deren Effektivwerte in Fig. 11 wieder in Abhängigkeit von der relativen Winkelverstellung der beiden Teile des Messwertumformers eingetragen sind.
In Fig. 5 ist die gegenseitige Zuordnung des nächsten Systems von Ständer und Läufer, und zwar des Ständerelements 8 und des Läuferelements 19 gezeigt. Der Ständerteil 8 besitzt in diesem Falle, wie bereits früher angeführt, die ausgeprägten Pole 35 bis 38. Von diesen tragen die Pole 35 und 38 je eine Wicklung, von denen jedoch zunächst nur die Wicklung 72 auf dem Pol 35 in Betracht gezogen werden soll. Diese Wicklung 72 bildet den Zweig einer Brückenschaltung, die in Fig. 12 wiedergegeben ist. Dieser Brücke gehören als weitere Zweige eine Drossel 65 konstanten Induktivitätswertes sowie zwei Widerstände 66 und 67 an. Die Brücke wird wieder an den Klemmen 68 und 69 ihrer Eingangsdiagonale mit Wechselspannung gespeist, so dass im Falle einer Unsymmetrie der Brücke an den Klemmen 70 und 71 ein entsprechender Spannungsimpuls geliefert wird.
Der zu dem System 8 des Ständers gehörende Läuferteil 19 weist in diesem Falle eine Lücke von 180' in seinem Mantelkörper auf. Es ist daher zu erkennen, dass durch das Zusammenwirken des Läuferteiles mit dem ausgeprägten Pol 35, der die Wicklung 72 trägt, nach einem jeweiligen Verstellwinkel von 1800 eine Änderung im Widerstand des magnetischen Flussweges über den Pol 35 und damit des lnduktivitätswertes der Wicklung 72 herbeigeführt wird. Wie bereits angeführt, trägt das Element 8 aber ausserdem an dem ausgeprägten Pol 38 noch eine Wicklung 73, welche gegebenenfalls auch, und zwar in einem von dem Wicklungssystem 72 unabhängigen System, mit ausgenutzt worden kann.
Diese Wicklung 73 liegt wieder im Zweig einer elektrischen Brücke, wie sie die Fig. 13 veranschaulicht. Dieser Brücke gehört als zweiter Zweig wieder eine konstante Induktivität 74 an sowie in den wei teren Zweigen je ein Widerstand 75 bzw. 76. I : Diese Brücke ist an den Klemmen 77 und 78 ihrer Eingangsdiagonale wieder mit Wechselspannung gespeist.
Wird das Brückengleichgewieht gestört durch Drehung des Läuferteiles 19 gegenüber dem Ständerteil so so dass die Induktivität der Wicklung 73 geändert wird. so ergibt sich ein entsprechender Spannungsimpuls an den Klemmen 79 und 80 der Ausgangsdiagonale der elektrischen Brücke. Von dem System nach 1 Fig. 5 können infolgedessen über die beiden Brücken Spannungsimpulse geliefert werden, wie sie die beiden Schaubilder nach den Fig. 14 und 15 veranschaulichen. Das eine der Systeme, z.
B. mit der Wicklungsanordnung 72, liefert den Spannungsimpuls über 180" Winkelweg nach Fig. 14, dasjenige mit der Wicklungsanordnung 73 entsprechend Fig. 15 einen Impuls über die gleiche Winkellänge, jedoch mit Wegverschiebung von 90" gegenüber der Lage des Spannungsimpulses nach Fig. 14.
In den Fig. 2 und 3 war der Läuferaufbau jeweils derart gewählt, dass an dessen Mantelkörper diametral gegenüberliegende Lücken benutzt wuTden. Es ist jedoch zu übersehen dass eine gleichartige Wirkungsweise auch bereits dann erreicht wird, wenn an Stelle eines solchen Paares diametral gegenüberliegender Lücken jeweils nur eine Lücke benutzt wird. Diametral gegenüberliegende Lücken liefern einen grösseren Spannungsimpulswert an den Klemmen der Ausgangs diagonale e der Brücke.
Die Anordnung ist im vorausgehenden ferner in bezug auf Fig. 1 derart geschildert worden, dass die auseeprägten Pole der am Ständer axial hinterein rader angeordneten Elemente jeweils derart einander zugeordnet sind, dass die ausgeprägten Pole, in der Achsrichtung des Umformers betrachtet, einander dekken. Eine solche Ausführung ist natürlich nicht zwingenden Charakters. Der Aufbau einer Anordnung nach Fig. 1 kann auch derart gewählt sein, dass die ausgeprägten Pole in den aufeinanderfolgenden Elementen um einen gewissen Winkel gegenüber den ausgeprägten Polen des in der Achsrichtung vorausgehenden Elements versetzt werden.
Auf diese Weise wird Raum gewonnen, so dass die Wicklungsanordnungen, die auf den einzelnen ausgeprägten Polen angeordnet sind, einfacher untergebracht werden können, also z. B. die Wicklung eines nachfolgenden Elements zwischen die Wicklungen des vorausgehenden Elements räumlich eintauchen kann. Es ist zu übersehen, dass auf ; diese Weise durch eine solche gegenseitige Versetzung der ausgeprägten Pole der aufeinanderfolgenden Elemente relativ zueinander in ihrer Umfangsrichtung eine Verkürzung der Baulänge gegenüber derjenigen erreicht werden kann, die sonst für einen solchen Messwertumformer nach Fig. 1 bedingt ist.
Im vorausgehenden ist nur der grundsätzliche Aufbau des Messwertumformers geschildert und auf die bei der relativen Verstellung der beiden Teile des Älesswertumformers von dem einzelnen System gelieferten Spannungsimpulse in bezug auf den Verstellweg bzw. -winkel eingegangen worden.
Wenn in der vorausgehenden Beschreibung immer diejenigen Teile, welche den inneren Teil des konzentrisch auLébauten Systems bilden, als Teile des Läufers bezeichnet sind, so ist es natürlich keine notwendige Bedingung, dass der innere Teil jeweils der gegenüber dem anderen ruhenden Teil verstellte Teil ist. Es könnte ebensogut der innere Teil feststehen und der äusserc dazu konzentrisehe Teil mit den ausgeprägten Polen gegenüber dem ersteren verstellt werden.
Ausserdem könnte nicht der äussere Teil mit den ausgeprägten Polen versehen sein, sondern der innere Teil des Umformers die ausgeprägten Pole tragen und die entsprechenden dieser Pole die Wicklungsanordnungen tragen, welche den verschiedenen elektrischen Brücken angehören, während sinngemäss gleichzeitig der andere Teil als äusserer umschliessender Teil an seiner inneren Mantelfläche mit den entsprechenden Lücken versehen ist. Auch in diesem Fall kann natürlich entweder das die Polschuhe tragende Element oder der äussere konzentrische Teil mit den Lücken der gegenüber dem anderen ruhenden Teil verstellte Teil sein.
Bevorzugt wird man die Ausführung wählen, bei der keine Schleifringe für die Stromzuführung bzw. -entnahme benötigt werden, und bei welcher nur dasjenige Element zu bewegen ist, welches das geringere Trägheitsmoment aufweist.
In Fig. 16 ist eine Zusammenstellung der Brükkenanordnungen gezeigt, wie sie in der vorausgehenden Beschreibung in den Fig. 6, 8, 10, 12 und 13 veranschaulicht worden sind. In dieser Figur sind jeweils die Wicklungsanordnungen in den einzelnen Brückenzweigen als auch die Widerstände wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden, welche sie in den angegebenen Figuren haben. In dieser Figur ist auch die Drossel konstanten Wertes 65 eingetragen, welche als Hilfseinrichtung für den einen Zweig der Brücke nach der Fig. 12 benutzt worden ist. Ebenso sind die Widerstände eingetragen, welche in den Brückenzweigen nach den Fig. 10, 12 benutzt worden sind, um jede der Brücken nach den angeführten Figuren zu einer vollständigen Brücke zu ergänzen.
In der Fig. 16 ist weiterhin gezeigt, wie die an den Ausgangsklemmen der einzelnen Brücken entstehenden Wechselspannungen je einer Gleichrichterbrücke zugeführt werden. So wird von den Ausgangsklemmen 45 und 46 der Brücke nach Fig. 6 die Gleichrichterbrücke 81 gespeist. Von den Klemmen 55 und 56 der Ausgangsdiagonale der Brücke nach Fig. 8 wird die Gleichrichterbrücke 82 gespeist.
Von den Klemmen 63 und 64 der Ausgangsdiagonale der elektrischen Brücke nach Fig. 10 wird die Gleichrichterbrücke 83 gespeist. Von den elektrischen Brükken nach den Fig. 12 und 13 ist in die Fig. 16 nur die Brücke nach Fig. 12 übernommen. Von den Klemmen 70 und 71 ihrer Ausgangsdiagonale wird die Gleichrichterbrücke 84 gespeist. Alle Gleichrichterbrücken 81 bis 84 liegen mit dem einen Gleich strompol an der gemeinsamen Minuslcitung 85. Von dem Pluspol jeder der Gleichrichterbrücken 81 bis 84 führt je eine der Leitungen 86, 87, 88 und 89 zu den Ausgangsklemmen 90 bis 93 der Anordnung.
An dieser Schaltung nach Fig. 16 werden somit jeweils Spannungsimpulse zwischen der Leitung 85 und 86 bzw. 85 und 87 bzw. 85 und 88 bzw. 85 und 89 gewonnen. Diese einzelnen Spannungsimpulse werden einem gemeinsamen System als Binärwert zugeführt, der der jeweils relativen Verstellung bzw.
Winkelstellung der beiden gegeneinander verstellten Systeme des Messwortumformers entspricht. In dieser nicht besonders dargestellten Anordnung wird dieser Binär wert dann als Informationswert übernommen und zu nen. Statt dessen kann die Codierung auch für grö I.;re tiere oder kleinere Exponenten der Basis 2 gewählt werden. So kann z. B. an Stelle einer Vierercodiemng eine Scchsercodierung benutzt werden.
Diese bedingt dann sinngemäss eine entsprechend angepasste Ausbildung des Messwertumformcrs. Diese würde darin bestehen, dass an Stelle der vier Polringe im Ständer system sechs benutzt und gleichzeitig am Läufer noch zwei entsprechende Gegensysteme zu den ausgepräg- ten Polen dieser zusätzlichen Ständerteile vorgesehen werden. Die Zentriwinkel der an diesen zusätzlichen Systemen des Läufers benutzten Lücken würden dann ai1 dem ersten zusätzlichen Ring den halben Betrag des Winkels des an dem anderen System benutzten leleinsten Zentriwinkels haben und an dem zweiten zusätzlichen Ring wieder den halben Zentriwinkel des Zentriwinkeis dieses- ersten zusätzlichen Systems.
Durch eine solche Sechsercodierung würde statt einer Anzahl von 21 = 16 eine Anzahl von 26 = 64 Messwerten erreicht. Ein solcher Messwertumformer kann an sich für eine beliebige Stellenzahl in dem Binärwert ausgelegt werden. Es ergibt sich in dieser Hin icht nach oben zu nur eine Grenze durch die mecha nische Herstellbarkeit, insbesondere unter dem Gc- sichtspunkt der zu beherrschenden Toleranzen.
Praktische Forderungen können eine derart hohe Stellenzahl des Binärwertes erwünscht erscheinen lassen, dass sich diese an einem einzigen Messwertumformer nicht mehr in einer konstruktiv tragbaren Bauform beherrschen lassen. In solchen Fällen kön neu mehrere solche Messwertumformereinheiten in einer mechanischen Kaskadenschaltung ihrer verstellbaren Teile benutzt werden. Die einzelnen mechanisch zu verstellenden Teile der Messwertumformereinheiten sind dann über ein entsprechendes Über- setzungysgetriebe miteinander verbunden.
Das in jedem dieser Übersetzungsgetriebe zwischen zwei Mess wertumformereinheften benutzte Ubersetzungsver- htiltnis entspricht dabei seinem Wert der grössten Zahl der Messwerte des einzelnen Messwertumfomiers, bezogen auf dessen maximal möglichen Verstellweg, also im Falle einer motorähnlichen Ausbildung des Messwertumformers bei einer vollen Umdrehung des Läufers.
Eine solche Kaskaden anordnung in Form mehrere rcr Messwertumformer, die also einen mehrstufigen Charakter haben, weist somit im Falle einer Kaskade aus zwei Stufen eine Grobstufe und eine Feinstufe auf, während bei einer dreistufigen Kaskade dann sinngemäss eine (: Grob-, Mittel- und Feinstufe vor- liegen. Die bei einer Verstellung der Messwertum- formcranordnung den grössten Verstellweg zurücklegende Einheit ist dabei sinngemäss die Feinstufe.
Bei Benutzung mehrerer Stufen ergibt sich eine ge samte Anzahl von Messwerten, die gleich derjenigen eines Messwertumformers potenziert mit der Zahl der kaskadierten gleichartigen Messwertumformer ist.
Eine erfindungsgemässe Einrichtung ist auch in der einfachsten Bauform vorteilhaft anwendbar, nach welcher am Ständer und Läufer nur je ein System vorhanden ist. Eine solche Anordnung lässt sich an wenden im Sinne eines A, Messwertumformers, wenn es sich z. B. darum handelt, eine Folge von Spannungsimpulsen auszuzählen und aus ihrer in einem bestimmten Zeitraum auftretenden Zahl auf die gemessene physikalische Grösse zu schliessen. Diese kann z. B. ein Mass für die Drehzahl oder den zurückgelegten Weg darstellen.
Device for determining the relative position of adjustable parts
The subject of the invention is a device for determining the relative position or the degree of displacement of two parts which can be distributed relative to one another in the form of electrical voltages. This is based on a system consisting of two elements;, with one element of this system being assigned to one of the parts or connected to the same and one of the elements being designed with pronounced poles, at least some of which have a winding.
According to the invention, the second element of this system, which forms a force line connection for the poles of the other element, is now also with; The number, width and spacing of these poles are selected in such a way that in each position at least two poles of the element with wound poles form a force line connection.
For the sake of simplicity, those elements in which at least individual poles carry a winding are referred to below as wound elements, and the other elements that form the force line connection as counter-elements. The elements can be designed in the manner of rotor and stator in such a way that they can be adjusted relative to one another by rotary movement. However, such an embodiment is also possible in which a relative displacement between the two elements does not take place in the form of a rotation, i.e. along circular paths or cylinder surfaces, but along other lines or surfaces, in particular approximately in a rectilinear displacement.
The function of the stator as a fixed part and the rotor as a displaceable or rotatable part can be assigned to the wound elements or the counter-elements as required.
However, it is also possible to move both elements, with a relative movement being produced in that they are moved in opposite directions or in the same direction, but by a different amount or at different speeds. Several systems consisting of such elements are used with particular advantage.
A plurality of wound elements on the one hand and also the counter-elements assigned to them on the other hand are then expediently connected to one another in a mechanically fixed manner to form groups. It can be advantageous to design at least some of these groups in such a way that their individual elements can also be adjusted against one another. In particular, it can also be expedient to design the elements (counter-elements) of such a group that form the force line connection with pole numbers, pole widths and pole spacings that differ from one another.
The windings of a wound element can advantageously be placed in the branches of a bridge circuit, a voltage then being applied to one of the bridge diagonals. The number of turns or number of poles, pole widths and pole gaps can be designed in such a way that the bridge is matched to a specific relative position of the elements so that there is no tension on the other bridge diagonal. As soon as the bridge is detuned as a result of a relative movement of the elements, a tension arises between the end points of the other diagonal, which can then be taken as a measure of the adjustment.
If several systems are used, one can form a number of such bridges corresponding to the number of systems working together in pairs. The individual output values of the bridges are expediently applied to corresponding terminals, so that a resulting voltage then appears on them as a digital value which represents a measure of the displacement of the individual elements or a physical quantity expressed by this displacement.
In this way, a measure of the relative position in the form of digital voltage values can be obtained even with stationary elements, the accuracy being determined by the number and design of the cooperating systems. Likewise, during a relative movement, for example a rotation of the elements or the parts connected to them, the position can be continuously monitored or recorded using the voltages that can be tapped. Finally, it is also possible to use the number of voltage changes (pulses) to determine the number of revolutions or the displacement path covered.
In an exemplary embodiment of the invention, it is preferably intended to supply the digital value according to the binary number system.
This means that the number of required individual values to be generated at the output of the system is to be supplied by a pair of cooperating systems on the two parts and thus if n is the number of information values to be generated each complete relative adjustment of the two parts is, the number of systems is equal to the exponent of the numerical value 12 expressed as a power with respect to the base 2 or is equal to the logarithm of the number n in a logarithmic system with the base 2.
An example embodiment of the invention illustrate the figures of the drawing.
In Fig. 1, 1 and 2 denote the two parts of a housing which are adapted to one another in such a way that they can be pushed together in the axial direction with a mutual cylindrical fit. The part 1 has such a cup shape that a shoulder 3 and thus an inner aluminum surface part of larger diameter 4 is formed on its inner lateral surface. As a result, a number of ring elements 5 to 8 can be stacked on the shoulder 3 in the cup molding 1 on its inner lateral surface 4 with spacer rings 9 to 11 being interposed. After this stack has been layered, the second housing part 2 is introduced and with its cylindrical part 12 clamps the stacking system against the shoulder 3 of the housing 1.
Both housings 1 and 2 are each provided with a bearing 13 or 13sol, so that a rotating part 14 made of magnetically conductive material can be rotatably mounted in the housing via the shaft 15 carrying it. On the rotor 14, one of the counter-elements 16 to 19 is provided on the plane surface, each associated with each of the ring elements 5 to 8 on the stator part. which are separated from one another by notches 20 to 22.
For a more detailed explanation of the structure of such an arrangement according to FIG. 1, reference is now made to the other figures of the drawing.
FIG. 2 shows the schematic representation with a section along the line II-II in FIG. 1. FIG. 3 with a section along the line 111-111 in FIG. 1, FIG. 4 with a section along the line IV-IV of FIG. 1 and FIG. 5 in a section along the line VV of FIG. 1, the winding gene being shown in full, however.
From these FIGS. 2 to 5 the structure of each of the individual ring elements 5 to 8 on the stand of the arrangement according to FIG. 1 as well as the structure of the correspondingly assigned elements on the rotor 14 can be seen.
As can be seen, each of the rings 5 to 8 has four salient poles. These poles are on the ring 5 according to FIG. 2 with 23 to 26, on the ring 6 according to FIG. 3 with 27 to 30, on the ring 7 according to FIG. 4 with 31 to 34 and on the ring 8 according to FIG. 5 labeled 35 to 38. In the structure of the entire arrangement shown in FIG. 1, the individual rings 5 to 8 lie one behind the other with respect to the axial direction of the system or the shaft 15 that, viewed in the axial direction of the arrangement. the poles of the rings 5 to 8 cover each other. Each of the salient poles 23 to 26 according to FIG. 2 carries one of the windings 39 to 42. These windings are interconnected to form a bridge according to FIG.
In this circuit s: ind, the same reference numerals have been retained for the individual winding arrangements as in FIG. 2.
This bridge circuit according to FIG. 6 is fed with alternating current at terminals 43 and 44, respectively.
The output terminals of the electrical bridge are labeled 45 and 46. Within the element with pronounced poles 23 to 26, the mating element 16 lies on the rotor 14. This part 16 has gaps 47, 48, 49 and 50 on its outer circumference at certain points. Of these, two each are diametrically opposed to one another with respect to the axis of the part 14. The gap 47 of the gap 49 and the gap 48 of the gap 50 are diametrically opposite. In the exemplary embodiment, these gaps are dimensioned, for example, with a central angle of 22.5 degrees. A ring sector 51 is thus present between the two gaps 48 and 49. which in the relative position shown of the element 5 and the element 16 is closely adjacent to the pole pieces 24 and 25 with its outer surface.
In the same way, a corresponding ring sector 52 is present on the opposite part of the lateral surface of the body 16, the outer lateral surface of which comes close to the pole pieces 23 and 26. The arrangement of the windings on the poles is selected, taking into account their feed and their winding direction, that, based on an instantaneous value of the alternating current, e.g. B. such a polarity arises at the Po'stücke as it is expressed by the registered letters N and S, where N should denote a north pole and S a south pole on the arrangement.
If a supply of the windings 39 to 42 is assumed, the following magnetic flux paths result for the individual winding arrangements with the illustrated position of the rotor 14 or its part 16 relative to the ring body 5 or its poles 23 to 26. A magnetic flux can take its way from the north pole 24 via the part 51 and the pole 25 back via the yoke of the ring 5 back to the pole 24. Furthermore, there is a flux path from the pole 24 in two branches via the ring 16 on the rotor 14 to the pole 26 and back via the yoke to the pole 24. In an analogous manner, magnetic flux circles also result from the north pole 23 to the south poles 26 or
25. In the relative position shown, the flux paths for the magnetic circuits of the windings 39 to 42 have the same magnetic resistance. As a result, all four windings also have the same inductive resistance, and therefore voltages of the same magnitude arise at their ends. This means that there is a voltage value of zero between the terminals 45 and 46 of the output diagonal of the bridge according to FIG. From the illustration according to FIG. 2 it can be seen that these relationships remain in place when the system 16 rotates on the rotor with respect to the poles of the ring 5 until one of the gaps 49 or 47 reaches the pole 24 or 26. At this moment, as the rotation continues in the respective magnetic circuit, an air gap is lit up practically suddenly, which is caused by the radial expansion of the gaps 49 or
47 is determined. In this way, a magnetic resistance is switched into the flux path of a single magnetic circuit. In the representation, this means the position of the hatched part
16 according to FIG. 2, that in the path of the magnetic flux from the pole 24 via the part 16 and the pole 25 back via the yoke 5 to the pole 24, a large magnetic resistance has been switched on.
In this way, the inductance of the coil 40 and thus the voltage drop existing across it decreases.
For the winding 41, however, a similar magnetic circuit remains as before, which runs from the pole 25 in two branches via the magnetic system 16 and the pole 23 and then in two branches via the yoke of the ring part 5 back to the pole 25. For this reason, the winding arrangement 41 maintains its previous inductance value. This novel state for the cooperating parts 5 on the stator and 16 on the rotor means that the bridge according to FIG. 6 has suddenly been transferred from the equilibrium state to such a state that the voltage drop on the windings 40 and 42 has been reduced.
If, for example, an instantaneous state is assumed in which there is positive polarity at terminal 43 of the input diagonal of the bridge compared to terminal 44, this means that terminal 45 of the output diagonal of the bridge to the negative potential and at the same time terminal 46 to the positive potential has been postponed. In this way, there is such a voltage difference between terminals 46 and 45 of the output diagonal of the bridge that at the moment in question, terminal 46 has positive polarity and terminal 45 has negative polarity.
If the relative adjustment of 16 and 5 results in such a relative position that a correspondingly greater magnetic resistance is switched on in the magnetic flux path of the windings 39 and 41, while at the same time the magnetic circuit is in the magnetic circuits for the two windings 40 and 42 has the lowest resistance, the conditions then result in which the smaller voltage drop occurs on the windings 39 and 41 of the bridge according to FIG. 6 and the larger voltage drop occurs on the windings 40 and 42.
Correspondingly, with the assumed instantaneous value of the alternating voltage on the input diagonal of the bridge with the polarity according to FIG. 6, such conditions would result that for the moment in time at terminal 45 of the output diagonal of the bridge positive polarity and negative polarity at terminal 46 the bridge equilibrium is disturbed. If the voltage occurring at terminals 45 and 46 is measured according to its rms value, the relationships that occur due to the interaction of the ring system 5 with the associated system 16 of the rotor for the winding arrangements can also be illustrated by a diagram according to FIG.
The diagram according to FIG. 7 shows the effective values of the alternating voltage occurring at the terminals 45 and 46 in FIG. 6 as a function of the relative adjustment angle of the two parts 5 and 16.
Since, as has already been explained earlier, the individual gap has a central angle of 22.5 ", corresponding to t of the full central angle of 360", it can be seen that in an interval over such an angular path of 22.5 " the output terminals 45 and 46 the voltage value zero and in a subsequent interval of 22.5 "with the selected structure of the system part 16 a certain voltage value of a certain level corresponding to the specified effective value at the terminals 45 and 46 will result.
From FIG. 7 it can be seen that for one complete revolution of the part 16, that is to say over an angle of 360 with respect to the ring part 5, eight voltage pulses of the same height result with corresponding intermediate pauses of equal length.
The different phase position of the alternating voltage pulses, based on the zero line, results, as already mentioned, from the fact that either the two winding arrangements 40 and 42 each have a higher voltage value at their terminals compared to the voltages which occur at the winding arrangements 39 and 41 or the other way around.
The edge steepness of the voltage pulses, which result according to FIG. 7, depends on the design of the salient poles 23 to 26 at the point of transition of the magnetic flux to the rotor part 14 or 16. The smaller the width of the individual pole in the circumferential direction or the direction of rotation of the part 16, the greater the slope of the voltage pulses, which result in the sense of the diagram according to FIG.
The two cooperating systems 6 of the stand and 17 of the runner have a similar structure or a similar common mode of operation, as they have been described above for the system 5 in the stator and the system 16 in the runner, as shown in FIG. 3. In this embodiment, the stator part 6 has the salient poles 27 to 30, each of which carries one of the windings 49, 50, 51 and 52, respectively. These windings 49 to 52 again form the branches of a bridge, as illustrated in FIG. 8. The terminals on the entrance diagonal of this bridge are labeled 53 and 54, the terminals on the exit diagonal of the bridge are labeled 55 and 56.
The metallic part of the rotor in this case has a different structure compared to the arrangement according to FIG. 2, in that there are two diametrically opposite gaps in the casing body of the rotor, each of which corresponds to a central angle of 45 °. This structure has the consequence that when the rotor part rotates, the magnetizable part 17 changes the voltage value at rhythmic intervals of 45% of the rotation, which occurs at the terminals of the output diagonal 55 and 56 of the bridge circuit according to FIG. This is done for the same reasons as has been explained for the arrangement according to FIG. 2.
The corresponding voltage pulses, which result as an effective value at terminals 55 and 56 as a function of one full revolution of the rotor of the measuring transducer, are illustrated in FIG. 9 of the drawing.
Another arrangement of two associated elements in the stator and rotor of the arrangement according to FIG. 1, namely element 7 of the stator part and element 8 of the rotor part, is illustrated in a schematic representation in FIG. 4 of the drawing. The salient poles provided on part 7 were already mentioned earlier and are denoted by 31 to 34. Of these salient poles, the poles 31 and 33 each have a winding 57 and 58, respectively, which are arranged on the poles with regard to their winding direction in such a way that the entered polarities N and S result for the salient poles.
These two windings 57 and 58 each form a branch of an electrical bridge according to FIG. 10, the other two branches of which each consist of a resistor 59 and 60, respectively. The AC voltage is again applied to terminals 61 and 62 of the input diagonal of the bridge. A corresponding voltage can then be picked up at terminals 63 and 64 of the output diagonal of the bridge if, in accordance with the arrangements described above, an air gap enlargement takes place under one of the poles and the previously existing bridge equilibrium is disturbed as a result. To bring about this effect, in this case the system 18 is designed on the rotor part in such a way that it has a gap of 90 ".
Accordingly, after about 900 each, there is a corresponding voltage change between the terminals 63 and 64 of the bridge, the rms values of which are again entered in FIG. 11 as a function of the relative angular adjustment of the two parts of the measuring transducer.
In Fig. 5 the mutual assignment of the next system of stator and rotor, namely the stand element 8 and the rotor element 19 is shown. The stator part 8 in this case has, as mentioned earlier, the salient poles 35 to 38. Of these, the poles 35 and 38 each have a winding, of which only the winding 72 on the pole 35 should be considered initially. This winding 72 forms the branch of a bridge circuit which is shown in FIG. A choke 65 of constant inductance value and two resistors 66 and 67 belong to this bridge as further branches. The bridge is again supplied with AC voltage at terminals 68 and 69 of its input diagonal, so that in the event of an asymmetry of the bridge at terminals 70 and 71, a corresponding voltage pulse is delivered.
The rotor part 19 belonging to the system 8 of the stator has in this case a gap of 180 'in its casing body. It can therefore be seen that the interaction of the rotor part with the salient pole 35, which carries the winding 72, brings about a change in the resistance of the magnetic flux path via the pole 35 and thus the inductance value of the winding 72 after a respective adjustment angle of 1800 . As already stated, the element 8 also has a winding 73 on the salient pole 38, which winding 73 can also be used if necessary, specifically in a system independent of the winding system 72.
This winding 73 is again in the branch of an electrical bridge, as illustrated in FIG. 13. A constant inductance 74 belongs to this bridge as the second branch and a resistor 75 or 76 in each of the white branches. I: This bridge is again fed with AC voltage at terminals 77 and 78 of its input diagonal.
If the bridge balance is disturbed by the rotation of the rotor part 19 with respect to the stator part, so that the inductance of the winding 73 is changed. this results in a corresponding voltage pulse at terminals 79 and 80 of the output diagonal of the electrical bridge. As a result, voltage pulses can be supplied via the two bridges from the system according to FIG. 1, as illustrated in the two diagrams according to FIGS. 14 and 15. One of the systems, e.g.
B. with the winding arrangement 72, delivers the voltage pulse over 180 "angular path according to FIG. 14, the one with the winding arrangement 73 according to FIG. 15 a pulse over the same angular length, but with a displacement of 90" compared to the position of the voltage pulse according to FIG. 14 .
In FIGS. 2 and 3, the rotor structure was selected in such a way that diametrically opposite gaps were used on its casing body. However, it should be overlooked that a similar mode of action is already achieved if only one gap is used in place of such a pair of diametrically opposite gaps. Diametrically opposite gaps deliver a larger voltage pulse value at the terminals of the output diagonal e of the bridge.
The arrangement has also been described above with reference to FIG. 1 such that the pronounced poles of the elements arranged axially behind one wheel on the stator are assigned to one another in such a way that the pronounced poles, viewed in the axial direction of the converter, cover one another. Such an implementation is of course not of a mandatory nature. The structure of an arrangement according to FIG. 1 can also be chosen such that the salient poles in the successive elements are offset by a certain angle with respect to the salient poles of the element preceding in the axial direction.
In this way, space is gained so that the winding arrangements that are arranged on the individual salient poles can be accommodated more easily, so z. B. the winding of a subsequent element can be spatially immersed between the windings of the preceding element. It is overlooked that on; In this way, through such a mutual offset of the salient poles of the successive elements relative to one another in their circumferential direction, a shortening of the overall length can be achieved compared to that which is otherwise required for such a transducer according to FIG. 1.
In the foregoing, only the basic structure of the measuring transducer has been described and the voltage pulses delivered by the individual system during the relative adjustment of the two parts of the measuring transducer with regard to the adjustment path or angle have been discussed.
If in the preceding description those parts which form the inner part of the concentrically constructed system are always referred to as parts of the rotor, it is of course not a necessary condition that the inner part is the part that is adjusted in relation to the other stationary part. The inner part could just as well be fixed and the outer, concentric part with the pronounced poles shifted from the former.
In addition, the outer part could not be provided with the pronounced poles, but the inner part of the converter could carry the pronounced poles and the corresponding of these poles carry the winding arrangements that belong to the various electrical bridges, while analogously at the same time the other part as the outer enclosing part its inner lateral surface is provided with the corresponding gaps. In this case, too, either the element carrying the pole shoes or the outer concentric part with the gaps can of course be the part that is adjusted relative to the other stationary part.
The embodiment will preferably be selected in which no slip rings are required for supplying or removing power, and in which only that element is to be moved which has the lower moment of inertia.
FIG. 16 shows a compilation of the bridge arrangements as illustrated in FIGS. 6, 8, 10, 12 and 13 in the preceding description. In this figure, the winding arrangements in the individual bridge branches as well as the resistors have again been provided with the same reference numerals that they have in the specified figures. The throttle of constant value 65, which was used as an auxiliary device for one branch of the bridge according to FIG. 12, is also entered in this figure. The resistances which have been used in the bridge branches according to FIGS. 10, 12 in order to complete each of the bridges according to the cited figures to form a complete bridge are also entered.
FIG. 16 also shows how the alternating voltages arising at the output terminals of the individual bridges are each fed to a rectifier bridge. The rectifier bridge 81 is thus fed from the output terminals 45 and 46 of the bridge according to FIG. The rectifier bridge 82 is fed from the terminals 55 and 56 of the output diagonal of the bridge according to FIG.
The rectifier bridge 83 is fed from the terminals 63 and 64 of the output diagonal of the electrical bridge according to FIG. Of the electrical bridges according to FIGS. 12 and 13, only the bridge according to FIG. 12 is taken over in FIG. The rectifier bridge 84 is fed from the terminals 70 and 71 of their output diagonal. All rectifier bridges 81 to 84 are connected to the common negative line 85 with one DC pole. One of the lines 86, 87, 88 and 89 leads from the positive pole of each of the rectifier bridges 81 to 84 to the output terminals 90 to 93 of the arrangement.
In this circuit according to FIG. 16, voltage pulses between lines 85 and 86 or 85 and 87 or 85 and 88 or 85 and 89 are obtained. These individual voltage pulses are fed to a common system as a binary value, which is used for the relative adjustment or adjustment.
Corresponds to the angular position of the two mutually adjusted systems of the measuring word converter. In this arrangement, which is not specifically shown, this binary value is then adopted as an information value and to be used. Instead, the coding can also be chosen for larger or smaller exponents of base 2. So z. B. instead of a four coding a Schsercodiemng can be used.
This then requires a correspondingly adapted design of the measuring transducer. This would consist in using six instead of the four pole rings in the stator system and at the same time providing two corresponding counter systems for the pronounced poles of these additional stator parts on the rotor. The central angles of the gaps used on these additional systems of the rotor would then have on the first additional ring half the amount of the angle of the smallest central angle used on the other system and again half the central angle of the central angle of this first additional system on the second additional ring.
Such a six-digit coding would result in a number of 26 = 64 measured values instead of 21 = 16. Such a transducer can be designed for any number of digits in the binary value. In this respect, there is only one upper limit due to the mechanical producibility, in particular from the point of view of the tolerances to be controlled.
Practical requirements can make such a high number of digits of the binary value appear desirable that these can no longer be managed in a structurally portable design with a single measuring transducer. In such cases, several such transducer units can now be used in a mechanical cascade connection of their adjustable parts. The individual parts of the measuring transducer units to be adjusted mechanically are then connected to one another via a corresponding transmission gear.
The transmission ratio used in each of these transmission gears between two transducer units corresponds to its value of the largest number of measured values of the individual transducer, based on its maximum possible displacement, i.e. in the case of a motor-like design of the transducer with one full revolution of the rotor.
Such a cascade arrangement in the form of several rcr measuring transducers, which therefore have a multi-stage character, thus has a coarse stage and a fine stage in the case of a cascade of two stages, while in the case of a three-stage cascade, a (: coarse, medium and fine stage The unit that covers the greatest adjustment path when the measurement transducer arrangement is adjusted is analogously the fine level.
If several levels are used, the total number of measured values is equal to that of a measuring transducer raised to the power of the number of cascaded transducers of the same type.
A device according to the invention can also be advantageously used in the simplest design, according to which there is only one system each on the stator and rotor. Such an arrangement can be used in the sense of an A, transducer, if it is z. B. is to count a sequence of voltage pulses and to infer the measured physical quantity from the number occurring in a certain period of time. This can e.g. B. represent a measure of the speed or the distance covered.