Positionsnesstransformator zum Messen der gegenseitigen Lage von zwei Gliedern
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Positionsmesstransformator zum Messen der gegenseitigen Lage von zwei Gliedern, mit zwei gegeneinander beweglichen Transformatorteilen, von denen einer mit Mehrphasenwicklungen versehen ist, wobei jede Mehr phasenwicklung eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Segmenten besitzt, jedes Segment eine Gruppe von aktiven Leitern aufweist, die sich quer zur Bewegungsrichtung der Transformatorteile erstrecken, und die Wicklungen der verschiedenen Phasen in Funktion der Polperiode der Wicklung des anderen Transformatorteils im Abstand angeordnet sind.
Aus der schweizerischen Patentschrift 348 086 sind bereits solche Transformatoren bekannt, bei welchen aber weder die der Sinus-Funktion zugeordnete Wicklung noch die der Cosinus-Funktion zugeordnete Wicklung auf Grund ihrer Verschachtelung vollständig durchgehend sind.
Dazu kommt, dass bei diesen bekannten Positionsmesstransformatoren eine Unregelmässigkeit in der Rotor-Wicklung ein moduliertes, in der Frequenz der Anordnung der Wicklungssektoren proportionales Fehlersignal erzeugen würde.
Das Ziel dieser Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Positionsmesstransformator vorzuschlagen, welcher wahlweise als Rotations- oder als linear arbeitender Transformator ausgebildet sein kann, und der eine grössere lineare oder Winkel Genauigkeit als bisher bekannte Geräte dieser Art besitzt.
Der erfindungsgemässe Transformator ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrphasenwicklungen des erstgenannten Transformatorteils derart in einer Mehrzahl von Reihen angeordnet sind, dass Segmente in einer Reihe und andere Segmente in einer anderen Reihe liegen, wobei die Segmente jeder Mehrphasen wicklung einer Reihe mit Zwischenräumen angeordnet sind, in welchen Segmente einer anderen Phase liegen.
Mit dem vorgeschlagenen Transformator mit als gedruckte Schaltung ausgebildeter Mehrlagenwicklung ist es möglich, eine magnetische Polar-Konfiguration zu erhalten, was mit den herkömmlichen, mit einer einlagigen Wicklung versehenen Transformatoren nicht möglich war, um so die Anzeigefehler, die diesen Transformatoren anhaften, zu verringern und um eine bessere, sinusförmige Koppelung zu erreichen.
Ausführungsbeispiele werden im folgenden mit Hilfe der Zeichnungen näher beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen vorgeschlagenen Rotations-Positionsmesstransformator,
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Abschnittes aus einer Wicklungslage des einen Teiles des Transformators,
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Abschnittes aus einer anderen Wicklungslage desselben Teiles des Transformators,
Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Sektors aus einer Wicklungslage des anderen Teiles des Transformators,
Fig. 5 ein Verdrahtungsschema, aus welchem die Anordnung der einzelnen Segmente in den verschiedenen Wicklungen ersichtlich ist, wobei die acht Leiter pro Segment von Fig. 2 und 3 als vier Leiter gezeichnet sind,
Fig.
6 ein auseinandergezogenes Verdrahtungsschema der Wicklungen gemäss Fig. 14 und 7, welches die Anordnung der Verbindung der Sinus- und C::osinus,Wicklungen in den einzelnen Lagen darstellt,
Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines weiteren, als linearer Transformator ausgebildeten Ausführungsbeispiels,
Fig. 8 und 9 die Verbindungen der einzelnen Sekto, ren der beiden Wicklungslagen für den 360 poligen Rotations-Positionsmesstransformator, wobei in Fig. 8 der innere Stator und in Fig. 9 der äussere Stator dargestellt ist,
Fig. 10 eine Ansicht der gedruckt ausgebildeten Anschlüsse eines Sektors,
Fig. 11 Die Wicklungsanordnung bei einem dreiphasigen Stator mit drei Wicklungslagen,
Fig. 12 eine Variante, welche zwei Rotorwicklungen darstellt, und
Fig.
13 eine weitere Variante, bei welcher die Wicklungen auf dem Stator in mehreren Kreisringen angeordnet ist.
Das Rotationsgerät 1 weist einen Rahmen 2 auf, welcher einen Stator 48 mit einem Basiselement 3 trägt. Auf diesem ist eine Wicklung 4 in Form einer Lage von Leitern mittels einer diese Wicklung vom Stator-Basiselement 3 isolierenden Kunststoff-Schicht 5 aufgebracht.
Die Leiter der Wicklungslage 4 haben die in Fig. 2 gezeigte Anordnung. Über der Wicklungslage 4 ist eine weitere Wicklung 6 in Form einer Lage von Leitern angebracht, welche die Anordnung wie in Fig. 3 aufweist. Die Leiter der Wicklungslage 6 sind mittels einer klebenden Kunststoff-Schicht 7 isoliert und liegen entsprechend über den Leitern der Wicklungslage 4, wie später noch ausführlich beschrieben wird. Der Rahmen 2 enthält Lager 8 und 9, welche eine Welle 10 aufnehmen, auf welcher ein Rotor 48 mit einem Grundelement 11 angebracht ist. Darauf ist eine Rotor-Wicklung in der Form einer Lage von Leitern 12 angeordnet, deren Leiter vom Grundelement 11 mittels einer klebenden Kunststoffschicht 13 isoliert sind. Ferner sind zwei Anschlusstellen 14 und 15 an der Rotorwicklung vorgesehen.
Die Wicklungslagen 4 und 6 sowie die Wicklungslage 12 erstrecken sich über einen ganzen, geschlossenen Kreis. Die beiden Anschlusstellen für die Wicklungslage 4 zunächst dem Stator-Grundelement 3 sind in Fig. 1 mit 15' und 16 bezeichnet, während die beiden Anschlusstellen für die Wicklungslage 6, welche über der ersten Wicklungslage 4 liegt, in Fig. 1 mit 17 und 18 bezeichnet sind. Zwischen den Leitern der Roc torwicklungslage 12 und den Leitern der oberen Stator Wicklungslage 6 befindet sich ein Luftspalt von ca. 0,25 mm.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus der kreisringförmigen Stator-Wicklungslage 4. Es sind die vier Segmente 19a, 19b, 19c und 19d von insgesamt achtundvierzig Segmenten dargestellt. Jedes Segment besitzt, wie das Segment 19a, acht radial verlaufende Stränge 20, welche in Serie geschaltet und mit Anschlüssen 21 und 22 versehen sind. Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus der kreisringförmigen Wicklungslage 6, welche ähnlich wie die Wicklungslage 4 aufgebaut ist. Sie besitzt den Strängen 20 entsprechende Stränge 23, wobei wieder vier Segmente 23a-d von insgesamt achtundvierzig Segmenten dargestellt sind. Auch hier sind in jedem Segment acht Stränge 23 vorgesehen.
Gemäss Fig. 3 sind die Anschlüsse 24 und 25 aber gegenüber den Anschlüssen 21 und 22 in Fig. 2 etwas versetzt angeordnet, so dass, wenn beide Wicklungsanlagen aufeinander liegen, die Anschlüsse der Wicklungslage 4 nicht von den Anschlüssen der Wicklungslage 6 überdeckt werden.
Fig. 4 zeigt schliesslich einen Ausschnitt aus der kreisringförmigen Wicklungslage 12 der Rotor-Wicklung 38, welche beispielsweise dreihundertsechzig Stränge 26 aufweist, deren radiale Ausdehnung gennger ist als diejenige der Stränge 20 und 23. In der Zeichnung ist eine Einphasenwicklung dargestellt, es kann aber auch, ähnlich wie in Fig. 2 und 3, eine Mehrphasenwicklung sein.
Fig. 5 zeigt schematisch zwei Segmente 40 und 41 der einen kreisringförmigen Statorwicklungslage sowie zwei Segmente 42 und 43 der anderen kreisringförmigen Statorwicklungslage. Dabei sind die Leiter der Segmente 42 und 43 der Wicklungslage 4, die am nächsten dem Grundelement 3 liegt, gestrichelt gezeichnet, während die darüberliegenden Leiter der in den Segmenten 40 und 41 der Wicklungslage 6 ausgezogen dargestellt sind.
Alternierende Segmente der Wicklungslagen 4 bzw.
6 sind zusammengeschaltet zur Sinus-Wicklung, währenddem die restlichen zur Cosinus-Wicklung zusammengeschaltet sind, wie im Schweizer Patent No. 348 086 beschrieben ist.
Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung die Verbindungen 51-58 und C1-C8 zur Zusamuienschaltung der Sinus-Wicklung 71 und der Cosinus-Wicklung 72 der beiden Statorwindungslagen, wobei die innere Lage wie in Fig. 7 mit 35, die äussere mit 37 bezeichnet ist.
In dem dargestellten Beispiel hat der Rotor 360 Pole und jede Stator-Wicklung 384 Pole, indem jede Wicklung aufgeteilt ist in 48 Sektoren mit je 8 Polen.
Gemäss Fig. 6 ist ein Teil der Sinus-Wicklung 71 mit vier Sektoren 73, 74, 75 und 76 versehen, während der korrespondierende Teil der Cosinus-Wicklung 72 vier Sektoren 77, 78, 79 und 80 besitzt.
Für jede vollständige Zwei-Phasen-Wicklung sind 24 Abschnitte in Serie geschaltet, wobei die Sinus Abschnitte und die Cosinus-Abschnitte untereinander verschachtelt sind.
Ein Sinus-Abschnitt, z. B. der Sinus Abschnitt 75 der inneren Lage, liegt dem Zwischenraum zwischen den zwei Sinus-Abschnitten 74 und 76 der äusseren Lage gegenüber, das heisst, er liegt dem Cosinus Abschnitt 79 der äusseren Lage gegenüber, wobei die Sinus-Abschnitte 73-76 aller Lagen als ein Ganzes den Anschein einer durchgehenden Windung erwecken, in senkrechter Richtung zur Rotor-Wicklung 38 betrachtet.
Die Windungen der inneren Lage 35 und der äusseren Lage 37 in Fig. 6 sind also so angeordnet, dass sie sich nicht gegenseitig induktiv beeinflussen können, wie noch ausführlich beschrieben werden wird.
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, sind die Sinus Abschnitte der Lagen 35 und 37 folgendermassen geschaltet:
S2 der inneren Lage 35 ist mit S3 der gegenüberliegenden Sinus-Windung der äusseren Lage 37 verbunden; S 4 der äusseren Lage 37 ist mit S5 der inneren Lage 36 und S 6 der inneren Lage 35 ist mit der äusseren Lage 37 verbunden, wobei S 1 und S 8 äussere Anschlüsse sind.
Die Cosinus-Abschnitte sind wie folgt geschaltet:
C 2 der äusseren Lage 37 ist mit C 3 der gegen überliegenden Cosinus-Windung der inneren Lage 35, C 4 der inneren Lage 35 ist mit C 5 der äusseren Lage 37 und C 6 der äusseren Lage 37 ist mit C 7 der inneren Lage 35 verbunden, wobei C 1 und C 8 äussere Anschlüsse sind.
Wenn sich der Rotor in der Stellung gemäss Fig. 6 befindet, ist keine Koppelung zwischen den Sinus-Win- dungen der Lagen 35 und 37 einerseits und der Rotorwicklung 38 andererseits vorhanden. Auch die Statorwicklungen sind ohne Koppelung dargestellt, können aber auch mit maximaler Koppelung untereinander an geordnet sein.
Indem der Platz zwischen den Sinus-Abschnitten ausgefüllt wird, beispielsweise mit den Sinus-Abschnitten der danebenliegenden Lage, wird die Modulationsfrequenz des Fehler-Signals insofern geändert, als das bisherige Signal mit hoher Amplitude und niedriger Frequenz sich in ein Signal mit niedriger Amplitude und hoher Frequenz verwandelt.
Die Windungen, die bisher durch eine äussere und eine innere Lage charakterisiert wurden, können natürlich beliebig angeordnet werden, solange die beschriebenen Verbindungen bestehen bleiben. So können zum Beispiel die Windungen zwischen Anschluss S3 und S4 in der inneren Lage und die Windungen zwischen Anschluss C 3 und C 4 in der äusseren Lage liegen, genau wie jede der anderen Windungen einen anderen Platz einnehmen kann.
Es ist wünschenswert, dass zwischen der Sinusund der Cosinus-Wicklung nur eine minimale Koppelung besteht. Die Reduktion der Koppelung zwischen der vollständigen Sinus-Wicklung bestehend aus den Sinus-Abschnitten der beiden Wicklungslagen und der vollständigen Cosinus-Wicklung, bestehend aus den Cosinus-Abschnitten der beiden Wicklungslagen wird durch die Zusammenschaltung erreicht, wie sie in Fig. 6 dargestellt und im Zusammenhang damit beschrieben wurde.
Die Windungen der Sinus-Abschnitte sind additiv zusammengeschaltet und weisen gegenüber den Cosinus-Windungsabschnitten 900 Phasenverschiebung auf, währenddem die Cosinus-Windungsabschnitte, die auch additiv zusammengeschaltet sind, gegenüber den Sinus Windungsabschnitten 900 Phasenverschiebung aufweisen. Auf Grund dieser gegenseitigen Phasenverschiebung von 90" existiert keine Koppelung zwischen ihnen.
Dazu kommt noch, wenn die Statorwindungen der ersten Lage genau denjenigen der zweiten Lage entsprechen, und wenn ihre Sinus- bzw. Cosinus-Wicklungen nur ungefähr 900 phasenverschoben sind, dass durch Übereinanderlegen der beiden Lagen mit Sinus Abschnitten über Cosinus-Abschnitten und Zusammenschalten aller Sinus-Abschnitten bzw. aller Cosinus Abschnitten eine vollständige Sinus-Wicklung und eine vollständige Cosinus-Wicklung erhalten wird, welche beiden in der Phase um genau 90" gegeneinander verschoben sind.
Versuche mit einem Rotations-Positionsmesstransformator mit der beschriebenen Wicklungsanordnung haben gezeigt, dass mit diesem eine bis zu vierfache Verbesserung gegenüber herkömmlichen solchen Transformatoren erreicht wird.Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die beschriebene, beispielsweise Ausführungsform beschränkt, wo Gruppen von mehrlagigen, vielphasigen Windungen mit 900 Phasenverschiebung angewendet werden.
Vielmehr können diese Windungen eine beliebige Anzahl von Phasen, Abschnitten und einzelnen Strän gen aufweisen, welche auf einen oder beiden der relativ zueinander beweglichen Elemente des Positionsmess transformators angeordnet sein können.
In Fig. 7 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein linearer Positionsmesstransformator dargestellt. Er weist eine Platte 30 etwa in der Art wie sie im USA
Patent No. 2 799 835 beschrieben wurde und einen verschiebbaren Reiter 31, etwa in der Art, wie im USA Patent Nr. 2 915 722 beschrieben wurde, auf.
Die Platte 30 besteht aus einem z. B. metallenen Basis teil 32, auf welchen mittels eines isolierenden Klebt stoffes eine durchgehende Wicklung 82, bestehend aus elektrischen Leitern 33 aufgebracht ist. Auf dieser Platte verschiebbar angeordnet ist der Reiter 31, getrennt durch einen Luftspalt von der Platte. Er weist einen Basisteil 34 aus Metall oder einem anderen Material auf und trägt eine mittels eines isolierenden Klebstoffes angebrachten Wicklung 83 aus Leitern 35, wie sie im USA Patent Nr. 2 915 722 beschrieben wurde.
Darauf ist, unter Zwischenfügung einer Isolierschicht 36, eine zweite Lage von Leitern 37 angeordnet. Jedes Paar von Leitersträngen, in der Form eines U in der gleichen Weise verbunden sind wie in Fig. 6 dargestellt. Diese U-förmigen Leiterteile sind im USA Patent Nr. 3 064 218 beschrieben. Bei beiden Ausführungsbeispielen kann die Basis der Leiter aus metallischem oder magnetischem Material bestehen, wie es im USA Patent Nr. 3. 202 948 näher beschrieben ist.
Während der Positionsmesstransformator, der vorstehend beschrieben wurde, eine Zweiphasenwicklung mit 90" Phasenverschiebung besitzt, ist die Erfindung natürlich auch bei anderen mehrphasigen Anordnungen der Windungen anwendbar.
In vielen Fällen ist es vorteilhaft, Sinus- und Cosinus-Wicklungen sowohl auf dem stationären als auch auf dem beweglichen Teil des Transformators zur Verfügung zu haben. Dies wird erreicht, indem man die Mehrlagenwicklung der Fig. 2, 3, 5 und 6 auf beide Teile 3 und 11 des Rotations-Positionsmesstransformators von Fig. 1 bzw. auf beide Teile 30 und 31 des linearen Positionsmesstransformators von Fig. 7 anbringt. In beiden Fällen besitzt dann der Transformator sowohl auf dem stationären als auch auf dem beweglichen Teil Sinus- bzw. CosinusrWicklungen, die untereinander nicht gekoppelt sind, wobei aber zwischen den Wicklungen des stationären Teils und des beweglichen Teils eine magnetische Koppelung besteht.
In Fig. 8 ist in einer Ansicht dargestellt, wie die Anschlüsse der 48 Sektoren der inneren Lage 35 miteinander verbunden sind; die Verbindungen gehen dabei durch Löcher im Trägerelement.
In entsprechender Weise sind in Fig. 9 die Verbindungen der Sektoren der Lage 37 zu sehen.
In Fig. 10 sind Sektoren der Wicklungslage 35 und 37 dargestellt, die übereinander liegen, wobei natürlich über den Anschlusstellen der inneren Lage die Isolationsschicht entfernt worden ist, um eine Verbindung zu ermöglichen.
In Fig. 12 sind zwei Rotor-Wicklungen dargestellt, welche zusammen mit einer Zweiphasen-Statorwicklung zur Verwendung gelangen, um einen Zweiphasen Transformator mit übereinander liegenden Windungen aufzubauen.
Die innere Wicklung 45 ist genau über der äusseren Wicklung 44 liegend dargestellt, wobei sie 360 Pole aufweisen und um 1/20 gegeneinander verdreht sind, um eine Phasenverschiebung von 90" zu bewirken.
In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform zu sehen, bei welcher drei Stator-Wicklungen 50, 51 und 52 in einzelnen, übereinander liegenden Lagen angeordnet sind, wobei die Windungen jeder Lage drei Phasen besitzen. Diese Statorwicklung arbeitet mit einer entsprechenden, nicht dargestellten Rotor-Wicklung zusammen. Die Phasen der drei Wicklungen werden entsprechend den in der Figur angegebenen Polaritäten zusammengeschaltet.
Währenddem in den bisher beschriebenen Beispielen die Statorwicklungen 50, 51, 52 in verschiedenen Lagen angeordnet waren, können sie aber wahlweise auch in verschiedenen konzentrischen Kreisringen in einer einzigen Lage, wie aus Fig. 13 ersichtlich, angeordnet werden, um dasselbe Resultat zu erhalten. Weiter kann gemäss Fig. 11 der Rotor eine Vielzahl von Vhndungslagen besitzen, welche mit der entsprechenden Anzahl von Phasen der Statorwicklungen 50,51,52 zusammenwirken, um einen Positionsmesstransformator zu bilden, der alle Eingangs-Phasen überträgt, zum Beispiel mit zwei Statoren und zwei Rotor-Wicklungen.
Auf diese Weise wird eine sogenannte Vier-Wicklungs Resolver erhalten.
Die Anordnung der Rotor-Wicklungen gemäss Fig. 12 kann dabei zusammen mit Statoren verwendet werden, die ihre Wicklung in einer einzelnen oder in mehreren Lagen haben.
Die Widdungsanordnung von Fig. 12 kann nach geringfügiger Modifikation auch beim linearen Positionsmesstransformator anstelle der Wicklung 33 auf dem Basiselement 30 in Fig. 7 verwendet werden. Man erhält so einen vierpoligen, linearen Positionsmesstransformator, bei dem die Statorwicklungen in zwei Lagen wie beim Reiter 34 oder aber in einer einzelnen Lage angebracht sind.
In Fig. 13 besitzt der Rotor 47 eine durchgehende Wicklung 84 und der Stator 46 eine Sinus-Wicklung 53 mit Abschnitten 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 und 61 in einer Lage, wobei die Abschnitte 54, 56, 58 und 60 im äusseren Kreisring und die Abschnitte 55, 57, 59 und 61 im inneren Kreisring angeordnet sind. Die Sinus-Abschnitte 54 bis 61 sind in Serie geschaltet, wie im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben.
Der Stator 46 ist mit einer Cosinus-Wicklung 62, bestehend aus den Abschnitten 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69 und 70 ausgerüstet, die sich in der gleichen Lage befindet wie die Sinus-Wicklung 53. Die Abschnitte 64, 66, 68 und 70 der Cosinus-Wicklung sind im inneren Kreisring angeordnet. Die Sinus-Wicklung 53 und die Cosinus-Wicklung 62 sind verschachtelt, wobei die Cosinus-Abschnitte ebenfalls, wie im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben in Serie geschaltet sind.
Es ist ersichtlich, dass viele verschiedene Anordnungsmöglichkeiten der Wicklungen bestehen, ohne sich vom Erfindungsgedanken zu entfernen.
Position measuring transformer for measuring the mutual position of two links
The present invention relates to a position measuring transformer for measuring the mutual position of two members, with two mutually movable transformer parts, one of which is provided with multi-phase windings, each multi-phase winding having a plurality of segments connected in series, each segment a group of active ones Has conductors which extend transversely to the direction of movement of the transformer parts, and the windings of the various phases are arranged as a function of the pole period of the winding of the other transformer part at a distance.
Such transformers are already known from Swiss patent specification 348 086 in which, however, neither the winding assigned to the sine function nor the winding assigned to the cosine function are completely continuous due to their interleaving.
In addition, with these known position measuring transformers, an irregularity in the rotor winding would generate a modulated error signal proportional to the frequency of the arrangement of the winding sectors.
The aim of this invention is to avoid these disadvantages and to propose a position measuring transformer which can optionally be designed as a rotary or linear transformer, and which has a greater linear or angular accuracy than previously known devices of this type.
The transformer according to the invention is characterized in that the multi-phase windings of the first-mentioned transformer part are arranged in a plurality of rows in such a way that segments are in one row and other segments in another row, the segments of each multi-phase winding of a row being arranged with spaces in between which segments are in another phase.
With the proposed transformer with multilayer winding formed as a printed circuit, it is possible to obtain a magnetic polar configuration, which was not possible with the conventional transformers provided with a single winding, so as to reduce the display errors inherent in these transformers and to achieve a better, sinusoidal coupling.
Exemplary embodiments are described in more detail below with the aid of the drawings; show it:
1 shows a vertical section through a proposed rotary position measuring transformer,
2 shows a schematic view of a section from a winding layer of one part of the transformer,
3 shows a schematic view of a section from another winding layer of the same part of the transformer,
4 shows a schematic view of a sector from a winding layer of the other part of the transformer,
5 shows a wiring diagram from which the arrangement of the individual segments in the various windings can be seen, the eight conductors per segment of FIGS. 2 and 3 being drawn as four conductors,
Fig.
6 shows an exploded wiring diagram of the windings according to FIGS. 14 and 7, which shows the arrangement of the connection of the sinus and C :: osinus windings in the individual layers,
7 shows a perspective illustration of a further exemplary embodiment designed as a linear transformer,
8 and 9 show the connections of the individual sectors of the two winding layers for the 360-pole rotary position measuring transformer, with the inner stator being shown in FIG. 8 and the outer stator in FIG.
10 is a view of the printed connections of a sector,
11 The winding arrangement in a three-phase stator with three winding layers,
12 shows a variant which shows two rotor windings, and
Fig.
13 shows a further variant in which the windings are arranged in several circular rings on the stator.
The rotary device 1 has a frame 2 which carries a stator 48 with a base element 3. A winding 4 in the form of a layer of conductors is applied to this by means of a plastic layer 5 that insulates this winding from the stator base element 3.
The conductors of the winding layer 4 have the arrangement shown in FIG. A further winding 6 in the form of a layer of conductors, which has the arrangement as in FIG. 3, is attached over the winding layer 4. The conductors of the winding layer 6 are insulated by means of an adhesive plastic layer 7 and lie accordingly over the conductors of the winding layer 4, as will be described in detail later. The frame 2 contains bearings 8 and 9 which receive a shaft 10 on which a rotor 48 with a base element 11 is attached. A rotor winding in the form of a layer of conductors 12 is arranged thereon, the conductors of which are insulated from the base element 11 by means of an adhesive plastic layer 13. Furthermore, two connection points 14 and 15 are provided on the rotor winding.
The winding layers 4 and 6 and the winding layer 12 extend over an entire, closed circle. The two connection points for the winding layer 4, first of all the stator base element 3, are designated by 15 'and 16 in FIG. 1, while the two connection points for the winding layer 6, which lies above the first winding layer 4, are designated by 17 and 18 in FIG. 1 are designated. There is an air gap of approx. 0.25 mm between the conductors of the Roc gate winding layer 12 and the conductors of the upper stator winding layer 6.
FIG. 2 shows a section from the circular stator winding layer 4. The four segments 19a, 19b, 19c and 19d of a total of forty-eight segments are shown. Like segment 19a, each segment has eight radially extending strands 20 which are connected in series and are provided with connections 21 and 22. 3 shows a section from the annular winding layer 6, which is constructed similarly to the winding layer 4. It has strands 23 corresponding to strands 20, four segments 23a-d of a total of forty-eight segments being shown again. Here, too, eight strands 23 are provided in each segment.
According to FIG. 3, however, the connections 24 and 25 are arranged somewhat offset with respect to the connections 21 and 22 in FIG. 2, so that when the two winding systems are on top of one another, the connections of the winding layer 4 are not covered by the connections of the winding layer 6.
4 finally shows a section from the circular winding layer 12 of the rotor winding 38, which has, for example, three hundred and sixty strands 26, the radial extent of which is smaller than that of the strands 20 and 23. In the drawing, a single-phase winding is shown, but it can also , similar to FIGS. 2 and 3, be a polyphase winding.
5 schematically shows two segments 40 and 41 of one annular stator winding layer and two segments 42 and 43 of the other annular stator winding layer. The conductors of the segments 42 and 43 of the winding layer 4, which is closest to the base element 3, are shown in dashed lines, while the superposed conductors in the segments 40 and 41 of the winding layer 6 are shown drawn.
Alternating segments of the winding layers 4 or
6 are connected together for sine winding, while the rest are connected together for cosine winding, as in Swiss patent no. 348 086 is described.
FIG. 6 shows a schematic representation of the connections 51-58 and C1-C8 for interconnecting the sine winding 71 and the cosine winding 72 of the two stator winding layers, the inner layer being denoted by 35, as in FIG is.
In the example shown, the rotor has 360 poles and each stator winding has 384 poles, in that each winding is divided into 48 sectors with 8 poles each.
According to FIG. 6, part of the sine winding 71 is provided with four sectors 73, 74, 75 and 76, while the corresponding part of the cosine winding 72 has four sectors 77, 78, 79 and 80.
For each complete two-phase winding, 24 sections are connected in series, the sine sections and the cosine sections being interleaved with one another.
A sine section, e.g. B. the sine section 75 of the inner layer, lies opposite the space between the two sine sections 74 and 76 of the outer layer, that is, it is opposite the cosine section 79 of the outer layer, the sine sections 73-76 all Layers as a whole give the appearance of a continuous winding, viewed in the perpendicular direction to the rotor winding 38.
The turns of the inner layer 35 and the outer layer 37 in FIG. 6 are thus arranged in such a way that they cannot influence one another inductively, as will be described in detail later.
As can be seen from Fig. 6, the sine sections of the layers 35 and 37 are connected as follows:
S2 of the inner layer 35 is connected to S3 of the opposite sinusoidal turn of the outer layer 37; S 4 of the outer layer 37 is connected to S5 of the inner layer 36 and S 6 of the inner layer 35 is connected to the outer layer 37, where S 1 and S 8 are outer connections.
The cosine sections are switched as follows:
C 2 of the outer layer 37 is with C 3 the opposite cosine turn of the inner layer 35, C 4 of the inner layer 35 is with C 5 of the outer layer 37 and C 6 of the outer layer 37 is with C 7 of the inner layer 35 connected, where C 1 and C 8 are external connections.
When the rotor is in the position according to FIG. 6, there is no coupling between the sinusoidal turns of the layers 35 and 37 on the one hand and the rotor winding 38 on the other hand. The stator windings are also shown without coupling, but can also be arranged with one another with maximum coupling.
By filling the space between the sine sections, for example with the sine sections of the adjacent layer, the modulation frequency of the error signal is changed to the extent that the previous signal with high amplitude and low frequency changes into a signal with low amplitude and high Frequency transformed.
The turns, which were previously characterized by an outer and an inner layer, can of course be arranged as desired, as long as the connections described remain in place. For example, the turns between connection S3 and S4 can be in the inner layer and the turns between connection C 3 and C 4 can be in the outer layer, just as each of the other turns can occupy a different place.
It is desirable that there be minimal coupling between the sine and cosine windings. The reduction in the coupling between the complete sine winding consisting of the sine sections of the two winding layers and the complete cosine winding consisting of the cosine sections of the two winding layers is achieved through the interconnection, as shown in FIG Connection has been described.
The turns of the sine sections are additively interconnected and have a phase shift compared to the cosine turn sections 900, while the cosine turn sections, which are also additively interconnected, have a phase shift compared to the sine turn sections 900. Because of this mutual phase shift of 90 "there is no coupling between them.
In addition, if the stator windings of the first layer correspond exactly to those of the second layer, and if their sine or cosine windings are only about 900 out of phase, that is by superimposing the two layers with sine sections over cosine sections and interconnecting all sines -Sections or all cosine sections a complete sine winding and a complete cosine winding is obtained, both of which are shifted in phase by exactly 90 "from one another.
Experiments with a rotary position measuring transformer with the winding arrangement described have shown that up to four times the improvement over conventional such transformers is achieved with this. The invention is of course not limited to the described, for example embodiment, where groups of multi-layer, polyphase turns with 900 Phase shift can be applied.
Rather, these turns can have any number of phases, sections and individual strands, which can be arranged on one or both of the relatively movable elements of the position measuring transformer.
In Fig. 7, a linear position measuring transformer is shown as a further embodiment. It has a plate 30 roughly similar to that used in the USA
Patent No. 2,799,835 and a sliding tab 31 such as that described in U.S. Patent No. 2,915,722.
The plate 30 consists of a z. B. metal base part 32, on which a continuous winding 82 consisting of electrical conductors 33 is applied by means of an insulating adhesive. Slidably arranged on this plate is the rider 31, separated from the plate by an air gap. It has a base portion 34 made of metal or other material and carries a winding 83 of conductors 35 attached by means of an insulating adhesive, as described in U.S. Patent No. 2,915,722.
A second layer of conductors 37 is arranged thereon, with an insulating layer 36 interposed. Each pair of conductor strands, in the shape of a U, are connected in the same way as shown in FIG. These U-shaped ladder sections are described in U.S. Patent No. 3,064,218. In both embodiments, the base of the conductors can consist of metallic or magnetic material, as is described in more detail in US Pat. No. 3,220,948.
While the position measuring transformer described above has a two-phase winding with a 90 "phase shift, the invention is of course also applicable to other multi-phase arrangements of the windings.
In many cases it is advantageous to have sine and cosine windings available on both the stationary and moving parts of the transformer. This is achieved by applying the multilayer winding of FIGS. 2, 3, 5 and 6 to both parts 3 and 11 of the rotary position measuring transformer of FIG. 1 and to both parts 30 and 31 of the linear position measuring transformer of FIG. In both cases, the transformer has sine and cosine windings on both the stationary and the movable part, which are not coupled to one another, but there is a magnetic coupling between the windings of the stationary part and the movable part.
FIG. 8 shows a view of how the connections of the 48 sectors of the inner layer 35 are connected to one another; the connections go through holes in the carrier element.
The connections of the sectors of the layer 37 can be seen in a corresponding manner in FIG.
In FIG. 10, sectors of the winding layer 35 and 37 are shown which lie one above the other, the insulating layer naturally having been removed over the connection points of the inner layer in order to enable a connection.
In FIG. 12, two rotor windings are shown which, together with a two-phase stator winding, are used to build a two-phase transformer with superposed windings.
The inner winding 45 is shown lying exactly above the outer winding 44, with 360 poles and twisted by 1/20 relative to one another in order to effect a phase shift of 90 ".
A further embodiment can be seen in FIG. 11, in which three stator windings 50, 51 and 52 are arranged in individual layers lying one above the other, the turns of each layer having three phases. This stator winding works together with a corresponding rotor winding, not shown. The phases of the three windings are connected together according to the polarities indicated in the figure.
While the stator windings 50, 51, 52 were arranged in different positions in the examples described so far, they can optionally also be arranged in different concentric circular rings in a single position, as can be seen from FIG. 13, in order to obtain the same result. Furthermore, according to FIG. 11, the rotor can have a multiplicity of connection positions which interact with the corresponding number of phases of the stator windings 50, 51, 52 to form a position measuring transformer which transmits all input phases, for example with two stators and two Rotor windings.
In this way a so-called four-winding resolver is obtained.
The arrangement of the rotor windings according to FIG. 12 can be used together with stators which have their windings in a single layer or in several layers.
The comb arrangement of FIG. 12, with slight modification, can also be used in the linear position measuring transformer in place of the winding 33 on the base element 30 in FIG. 7. A four-pole, linear position measuring transformer is obtained in which the stator windings are attached in two layers as in the case of the tab 34 or in a single layer.
In FIG. 13, the rotor 47 has a continuous winding 84 and the stator 46 has a sine winding 53 with sections 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 and 61 in one layer, the sections 54, 56, 58 and 60 are arranged in the outer circular ring and the sections 55, 57, 59 and 61 are arranged in the inner circular ring. The sine sections 54 to 61 are connected in series, as described in connection with FIG. 6.
The stator 46 is equipped with a cosine winding 62, consisting of the sections 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69 and 70, which is in the same position as the sine winding 53. The sections 64, 66, 68 and 70 of the cosine winding are arranged in the inner circular ring. The sine winding 53 and the cosine winding 62 are interleaved, with the cosine sections also being connected in series, as described in connection with FIG.
It can be seen that there are many different possible ways of arranging the windings without departing from the concept of the invention.