Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lagemesstransformator, bestehend aus zwei relativ zueinander beweglichen, induktiv gekoppelten Transformatorteilen, wobei eines der Transformatorteile mehrere Windungen aufweist und jede Windung einen ersten Windungsteil umfasst, der in einer ersten Schicht angeordnet ist, und einen zweiten Windungsteil, der in einer zweiten Schicht angeordnet ist, und wobei die ersten und zweiten Windungsteile in jeder Schicht für jede Windung in Serie geschaltet sind.
Wenn die eine Windung des einen Teils mit einer primärseitigen Wechselspannung verbunden wird, induziert der Strom in dieser Windung in den anderen Windungen des anderen Teiles eine sekundärseitige Spannung, wenn sich beide Teile nahe beieinander befinden.
In der Praxis haben die Lagemessumformer einen ersten Transformatorteil mit einer einzigen Windung, welche aus gleichförmig im Abstand angeordneten, in Serie geschalteten aktiven Leitern besteht. Dieses Transformatorteil ist üblicherweise ein Einphasenbauteil, welches in konventioneller Weise eine Referenzteilung definiert,die dem periodischen Abstand der aktiven Leiter entspricht. Bei linear beweglichen Anordnungen wird das Einphasenbauteil Skala und bei sich drehender Vorrichtung Rotor genannt.
Das andere relativ bewegliche Teil des Lagemesstransformators umfasst üblicherweise zwei Windungen, die relativ zueinander räumlich phasenverschoben sind, und die in bezug auf das Einphasenbauteil zwei verschiedene Phasen darstellen, wobei dieses Bauteil allgemein Mehrphasenbauteil genannt wird. Oblicherweise wird das Mehrphasenbauteil im Falle von linear beweglichen Vorrichtungen Schieber genannt und bei rotierenden Anordnungen Stator . Da das Mehrphasenbauteil (Schieber oder Stator) Windungen aufweist, welche räumlich phasenverschoben zueinander sind, weisen diese Windungen eine spezielle Phasenbeziehung zu der Einphasenwindung des Einphasenbauteils (Skala oder Rotor) auf.
Die Phasenverschiebung zwischen den Windungen des Mehrphasenbauteils beträgt üblicherweise ein Viertel des Windungszyklus der Einphasenwindung. Demgemäss ist die Phasenverschiebung zwischen den Mehrphasenwindungen eine 9( > -Phasenverschiebung und diese Phasenverschiebung von 9t < entspricht der Phasenverschiebung zwischen einer Sinusund einer Kosinusfunktion. Wenn die Mehrphasenwindungen um einen Viertelzyklus phasenverschoben sind, werden sie üblicherweise als Sinus- und Kosinuswindungen bezeichnet.
Die Verwendung von Sinus- und Kosinuswindungen ist üblich, jedoch können auch andere Phasenbeziehungen verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Phasenverschiebung zwischen drei Windungen 1206 beträgt, so dass sich ein Dreiphasensystem ergibt. Der nachfolgend verwendete Ausdruck mehrphasig umfasst alle möglichen Phasenverschiebungen. Der nachfolgend verwendete Ausdruck Kofunktion besagt, ein Phasenverhältnis zwischen den Mehrphasenwindungen des Lagemesstransformators besteht, wobei Sinus und Kosinus beispielsweise die trigonometrischen Kofunktionen desselben Winkels sind.
Lagemesstransformatoren der vorgenannten Art sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist im US-Patent 2 799 835 ein Lagemesstransformator beschrieben, bei welchem Planarwindungen verwendet werden. Obwohl die in diesem Patent beschriebene Anordnung zu einem relativ genauen Transformator führt, sind einige Ausführungsbeispiele schwierig herzustellen, da die körperliche Ausbildung der Mehrphasenwindungen eine grosse Anzahl von gelöteten oder geschweissten Drahtverbindungen erfordert.
Um beispielsweise die verschiedenen aktiven Leiter der Windungen einwandfrei miteinander zu verbinden, d. h. der Leiter, welche quer zur Richtung der relativen Bewegung der Transformatorteile verlaufen, muss ein Loch in den Trägerteil aus Glas oder einem ähnlichen Material gebohrt werden welches nahe jeder Leitergruppe verläuft, wobei Verbindungsdrähte durch diese Löcher hindurchgehen und mit den Leitern verschweisst oder verlötet sind. In einem Ausführungsbeispiel, welches 24 Leitergruppen aufweist, sind 24 Löcher, 48 Drähte und 48 geschweisste oder gelötete Drahtverbindungen erforderlich.
Weitere Lagemesstransformatoren mit Mehrphasenwindungen sind beschrieben in den US-Patenten 2 915 722 und 2 924 798. Die US-Patentschrift 2 915 7'2 befasst sich mit der Verminderung unerwünschter Komponenten der Induktionsspannung, in dem auf dem Schieber eine erste und eine zweite Mehrphasenwindung angeordnete ist. welche symmetrisch zu einer gemeinsamen Mittellinie angeordnet sind. US-Patent 2 924 798 beschreibt eine zusätzliche Verbesserung der Verdrahtung zwischen den ersten und zweiten in einer Kofunktion stehenden Windungsabschnitte zur Verminderung unerwünschter Induktionsspannungen in der Sekundärwindung.
Obwohl die Massnahmen nach den US-Patentschriften 2 915 722 und 2 924 798 zu einer wesentlich besseren Betriebsweise eines Lagemesstransformators führen, ist es mit diesen Verbesserungen noch nicht möglich, den komplizierten Aufbau des Schiebers oder anderer Mehrphasenbauteile zu vermeiden, insbesondere die Anordnung so zu treffen, dass die grosse Anzahl von Drahtverbindungen und Lötverbindungen entfallen kann.
Der letzte Stand dieser Entwicklung ist der US-Patentschrift 3 441 888 zu entnehmen. die einen vereinfachten Aufbau eines Lagemesstransformators zum Inhalt hat. Diese Patentschrift zeigt in mehreren Schichten oder Lagen angeordnete Planarwindungen, bei denen die Gruppen der Sinus- und Kosinusleiter abwechselnd angeordnet sind in bezug auf Gruppen von Sinus- und Kosinusleitern einer anderen Schicht.
Dieser Aufbau führt wohl zu einer Verbesserung der Genauigkeit, jedoch ist es erforderlich, dass die verschiedenen Leitergruppen untereinander zahlreiche Drahtverbindungen zwischen den verschiedenen Leitergruppen in den verschiedenen Schichten benötigen. Die Art dieser Verbindungen erfordert eine beträchtliche Zahl von Löt- oder Schweissverbindungen, die meist von Hand ausgeführt werden müssen. Hierdurch ist die Betriebssicherheit eines derartigen Transformators beeinträchtigt.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, dass bei dem Mehrphasenwindungsbauteil bei einem Lagemesstransformator wesentlich weniger Löt- oder Schweissverbindungen benötigt werden als bei den bekannten Transformatoren.
Diese Aufgabe wird in einem Lagemesstransformator der eingangs genannten Art erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die ersten Windungsteile jeder Windung Abschnitte aktiverLeiter umfassen, die voneinander räumlich getrennt sind, wobei inaktive Leiter in der ersten Schicht angeordnet sind, die aufeinanderfolgende aktive Leiterabschnitte in Serie schalten, dass die zweiten Windungsteile jeder Windung Abschnitte aktiver Leiter umfassen. die im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei inaktive Leiter in der zweiten Schicht angeordnet sind, die aufeinanderfolgende aktive Leiterabschnitte in Serie schalten, und dass die erste Schicht und die zweite Schicht so angeordnet sind, dass sich jeder Windungsabschnitt jeder Schicht im von Windungsabschnitten freigelassenen Teil der anderen Schicht befindet.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind lediglich zwei Löt- oder Schweissverbindungen erforderlich (ausser den sowieso benötigten Anschlüssen), wobei es gleichgültig ist, wie gross die Zahl der Gruppen der aktiven Leiter ist. Ein derartiger Lagemesstransformator weist wesentlich günstigere Herstellungskosten und eine höhere Betriebssicherheit auf.
Es ergibt sich ferner der Vorteil. dass die Gruppen aktiver Leiter, welche die Windungsabschnitte in verschiedenen Schichten bilden, eine Gruppierung und eine räumliche Rela tion haben, derart, dass sie durch inaktive Leiter miteinander verbunden sind, welche in der gleichen Schicht liegen, jedoch im allgemeinen keine magnetische induktive Beeinflussung besitzen, wobei die aktiven Leiter und die inaktiven Leiter in gedruckter Schalttechnik als Leiterplatte vorliegen.
Gemäss einer anderen Ausführungsform der Erfindung enthält eine Schicht eine Anordnung oder ein Muster von in Zwischenräumen angeordneten Gruppen aktiver Leiter der einen Art, beispielsweise Sinusleiter, und eine Gruppe aktiver Leiter der anderen Art, beispielsweise Kosinusleiter, während die andere Schicht eine komplimentäre, darüberliegende Anordnung derartiger Gruppen aufweist, die im Bereich der von Leitern freigelassenen Räume der ersten Schicht ange ordnet sind, wobei nur zwei Leitungsverbindungen zwischer den Schichten zur Verbindung der Gruppen gleicher Art vorgesehen sind.
In einer speziellen Anordnung sind die Gruppen der aktiven Leiter und ihre inaktiven Leiterverbindungen symmetrisch in bezug auf eine Mittellinie angeordnet, um unerwünschte Komponenten der Induktionsspannung zu verringern, wobei die inaktiven Leiter im allgemeinen ausserhalb der magnetischen induktiven Beeinflussung derartiger Gruppen sich befinden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die die aktiven Leiter der einen Schicht miteinander verbindenden inaktiven Leiter so angeordnet sind, dass sie in induktiv koppelnder Relation zu den inaktiven Leitern der anderen Schicht stehen, welche die dortigen aktiven Leiter miteinander verbinden. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Rückkopplung, welche sonst auftreten könnte, verringert oder verhindert.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Transformators besteht in der Anordnung einer Reihe oder Matrix von Windungsabschnitten, welche gebildet werden durch Gruppen aktiver Leiter, von denen bestimmte durch inaktive Leiter in der gleichen Schicht verbunden sind, welche zu einem Randbereich der Matrix führen, und andere, welche durch inaktive in der gleichen Schicht verbunden sind, welche zum gegenüberliegenden Rand der Matrix führen. Durch die Verwendung von zwei Schichten für derartige Windungsabschnitte entstehen vier derartige Randbereiche, in welchen die verbindenden inaktiven Leiter angeordnet sind zur Verminderung von Drahtüberkreuzungen.
Eine weitere Ausführungsform besteht darin, dass die Gruppen von aktiven Leitern einen aktiven Leiter aufweisen, der in der einen Schicht angeordnet ist, und einen anderen aktiven Leiter, der sich in der anderen Schicht befindet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 a zeigt in vergrössertem Masstab eine Draufsicht auf einen Schieber mit Sinus- und Kosinuswindungen, welche in zwei Schichten angeordnet sind, wobei jede Schicht aus einer gedruckten Schaltplatte besteht, welche beide aktive Leiter aufweisen, die allgemein die quer verlaufenden Leiterteile sind, wobei inaktive Leiter vorhanden sind, welche allgemein längs verlaufen, wobei die aktiven und inaktiven Leiter der einen Schicht voll ausgezogen sind und die aktiven und inaktiven Leiter der anderen Schicht gestrichelt dargestellt sind.
Fig. lb zeigt eine Draufsicht auf eine Einphasenreferenz windung mit aktiven Leitern, welche die Referenzteilung bilden, wobei diese Referenzwindung relativ beweglich ist zu der Mehrphasenwindung nach Fig. la.
Fig. lc zeigt eine Draufsicht auf die Einphasenwindung gemäss Fig. lb, jedoch um einen Viertelzyklus phasenverschoben.
Fig. 2a zeigt eine Draufsicht auf die obere Schicht mit 24 aktiven Leitern, wobei die gesamte Mehrphasenwindung 48 aktive Leiter aufweist.
Fig. 2b stellt eine Draufsicht auf die untere Schicht mit 24 aktiven Leitern dar.
Fig. 2c stellt eine Referenzwindung zu den Windungen nach Fig. 2a und 2b dar.
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf einen Teil der übereinander angeordneten Schichten nach Fig. 2a und 2b.
Fig. 4 stellt einen Schnitt durch einen Lagemesstransformator mit einem Mehrphasenbauteil und einem Einphasenbauteil dar, welche durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.
Fig. 5 zeigt ein Mehrphasenbauteil bei einer drehbaren Anordnung.
Fig. 6a und 6b sind weitere Ausführungsbeispiele der oberen und unteren Schicht, entsprechend den Schichten nach Fig. 2a und 2b.
Fig. 7 zeigt die übereinander angeordneten Schichten nach Fig. 6a und 6b, welche angeordnet sind auf einem Grundteil in bezug auf ein Einphasenbauteil, wobei das letztere aktive Leiter aufweist, welche länger sind als die aktiven Leiter des Mehrphasenbauteiles.
Die Fig. la zeigt ein Mehrphasenteil mit mehrphasigen, in einer sogenannten Kofunktion (trigonometrisches Verhältnis) angeordneten Windungen in Form von einer Sinuswindung 18 und einer Kosinuswindung 19. Die Sinuswindung 18 ist angeschlossen an die Anschlüsse 20 und 21, während die Kosinuswindung 19 verbunden ist mit den Anschlüssen 23 und 24.
Sowohl die Sinus- als auch die Kosinuswindung 18 und 19 bestehen aus mehreren Windungsabschnitten, die von links nach rechts mit 1 bis 16 bezeichnet sind. Einige der Windungsabschnitte sind in einer Schicht oder Lage 47, andere in einer Schicht oder Lage 48 und wiederum andere in beiden Schichten oder Lagen angeordnet. Da die Fig. la eine Draufsicht darstellt, sind die Schichten 47 und 48 nicht jede für sich sichtbar, werden jedoch nachfolgend an Hand der Fig. 2, 3 und 4 näher erläutert. Die Schichten oder Lagen 47 und 48 sind durch eine Isolierschicht 49 voneinander getrennt.
In der Fig. la besteht die Sinuswindung 18 aus Windungsabschnitten 1, 3, 5, 7, 10, 12, 14 und 16 und die Kosinuswindung 19 umfasst die Windungsabschnitte 2, 4, 6, 8, 9, 11, 13 und 15.
Hierbei befinden sich die Windungsabschnitte 4, 5, 8, 9, 10, 13 und 14 in einer Schicht und die Windungsabschnitte 2, 3, 6, 7, 11 und 12 in einer anderen Schicht. Die Windungsabschnitte 1 und 16 werden durch aktive Leiter von jeder Schicht gebildet.
Die Windungsabschnitte und andere Leiterteile, wie beispielsweise der inaktive Leiter 36 zwischen den Abschnitten 11 und 15, welche in der Schicht 48 angeordnet sind, sind durch ausgezogene Linien dargestellt. Um die verschiedenen Schichten voneinander unterscheiden zu können, sind die Abschnitte und die anderen Leiterteile, wie beispielsweise der inaktive Leiter 35 zwischen den Abschnitten 9 und 13, die in der Schicht 47 angeordnet sind, gestrichelt dargestellt.
Jeder Windungsabschnitt des mehrphasigen Bauteils nach Fig. la umfasst zwei aktive Leiter -27 und -28. Jedem der aktiven Leiter -27 und -28 ist ein Vorzeichen bzw. eine Vorzahl zugeordnet, die dem entsprechenden Windungsabschnitt entspricht. Beispielsweise sind die aktiven Leiter des Abschnittes 2 bezeichnet mit 2-27 und 2-28. Jeder der aktiven Leiter -27 und -28 für die 16 Abschnitte der Fig. la enden mit einem Ende in einer Richtung an einem ersten oberen Rand am Isolator 49 und enden mit dem anderen Ende in der entgegengesetzten Richtung an einem zweiten unteren Rand am Isolator 49. Die Leiter -27 und -28 sind an ihren Enden miteinander verbunden durch einen inaktiven Leiter -30, wobei jeweils jeder inaktive Leiter -30 ein Vorzeichen bzw. eine Vorzahl entsprechend der Bezugszahl des Abschnittes trägt.
Beispielsweise weist der Abschnitt 2 einen aktiven Leiter 2-28 auf, der am oberen Rand 33 über einen inaktiven Leiter 2-30 verbun den ist mit aktiven Leitern 2-27. DIe meisten Abschnitte nach Fig. la weisen Abschnittsöffnungen -31 an dem dem inaktiven Leiter -30 gegenüberliegenden Rand längs dieses Randes auf, wobei diese ffnungen wiederum jeweils das Vorzeichen des entsprechenden Abschnittes tragen. Beispielsweise hat der Abschnitt 2 eine Abschnittsöffnung 2-31 längs des unteren Randes 34 gegenüber dem inaktiven Leiter 2-30.
In Fig. la besitzt der Windungsabschnitt 16 keinen inaktiven Leiter -30. Die aktiven Leiter 16-27 und 16-28 sind in verschiedenen Schichten bzw. Lagen angeordnet. Befinden sich die aktiven Leiter in verschiedenen Schichten und ist kein inaktiver Leiter vorhanden, werden die Anschlüsse 20 und 21 günstigerweise längs des Randes 34 anstelle des Randes 33 angeordnet, so dass der Windungsabschnitt 16 als Zuführung für diese Anschlüsse dient. Ist jedoch die Öffnung 16-32 ersetzt durch einen inaktiven Leiter 16-30 (nicht gezeigt), welcher die aktiven Leiter 16-27 und 16-28 miteinander verbindet, dann werden die Anschlüsse 20 und 21 günstigerweise längs des Randes 33 angeordnet, beispielsweise als Anschlüsse 20 u und 21.
Wird anstelle der Anschlüsse 20 und 21 ein inaktiver Leiter 16-30 vorgesehen, ist natürlich der inaktive Leiterabschnitt 26 zwischen den Anschlüssen 20 und 21 weggelassen.
Während der Windungsabschnitt 16 für die Anschlüsse 20 und 21 als Zuführleitung in zwei verschiedenen Ebenen dient, dient der Windungsabschnitt 1 mit der Öffnung 1-32 in analoger Weise als Zuführleitung für die Verbindungsanzapfungen 37 und 38 in zwei verschiedenen Ebenen. Die bei den Abschnitten 1 und 16 erreichten Verbindungen der Windungsebenen ermöglichen, dass alle Anschlüsse 20, 21, 23 und 24 und die Zwischenverbindungen 37, 38, 60 und 61 längs des Randes 34 angeordnet sind und kein Anschluss sich längs des Randes 33 befindet. Eine derartige Anordnung der Anschlüsse und Verbindungen auf einer Seite ist nützlich, da hierdurch vermieden wird, dass derartige Anschlüsse Kopplungen mit den Anschlüssen einer Einphasenwindung hervorrufen, welche an dem gegenüberliegenden Rand angeordnet ist, wie es die Fig. 7 zeigt.
Die aktiven Leiter -27 und -28, wie beispielsweise die Leiter 2-27 und 2-28, bilden Windungsabschnitte, welche in bestimmten Intervallen 50 einer ersten Anzahl von periodischen Intervallen 51 und in bestimmten Intervallen 54 einer zweiten Anzahl periodischer Intervalle 55 angeordnet sind.
Der periodische Abstand der Windungsabschnitte 1 bis 16 der Fig. la kann am besten erklärt werden in bezug auf eine Referenzteilung. Die Referenzteilung ist in typischer Weise eine Einphasenwindung eines Lagenmesstransformators, welcher in Fig. 1b schematisch dargestellt ist.
Die Fig. lb zeigt eine kontinuierliche Windung 39, welche zwischen den Anschlüssen 40 und 41 geschaltet ist. Die kontinuierliche Windung 39 besteht aus mehreren periodisch angeordneten, parallelen und in Serie geschalteten aktiven Leitern 43. Die aktiven Leiter 43 sind verbunden an ihren Enden und der Oberseite durch inaktive Leiter 46. Die aktiven Leiter 43 sind periodisch im Abstand zueinander mit einem Abstand P angeordnet, so dass gesagt werden kann, dass sie in einem Teilungsschritt P angeordnet sind. Die kontinuierliche Windung 39 bildet einen Zyklus über jeweils eine Distanz von 2P, so dass P ein halber Zyklus der Referenzteilung ist.
Der Abstand der Windungsabschnitte nach Fig. la relativ zu der kontinuierlichen Windung 39 als Referenz ist derart, dass die Windungsabschnitte 1, 3, 5, 7, 10, 12, 14 und 16, welche die Sinuswindung 18 bilden, zentrisch angeordnet sind in bezug auf die Intervalle 50, die der ersten Anzahl der periodischen Intervalle 51 zugehörig sind. Die erste Anzahl der periodischen Intervalle 51 tritt in jedem Halbzyklus P der kontinuierlichen Windung 39 in der Mitte jedes inaktiven Leiters 45 und 46, wie in Fig. lb gezeigt, auf.
Die Windungsabschnitte 2, 4. 6, 8, 9. 11, 13 und 15 bilden die Kosinuswindung 19 und treten jeweils in bestimmten Intervallen 54 der zweiten Anzahl periodischer Intervalle 55 auf.
Die zweite Anzahl periodischer Intervalle 55 ist phasenverschoben in bezug auf die erste Anzahl periodischer Intervalle 51 um einen Viertelzyklus 2 P/4 der kontinuierlichen Windung 39.
Um zwischen der Sinuswindung 18 und der Kosinuswindung 19 die gewünschte 90'*Phasenverschiebung zu erhalten, sind die einzelnen Windungsabschnitte 1 bis 16 in periodischen Abstände zueinander angeordnet. wobei diese periodischen Abstände die 90)-Phasenverschiebung aufweisen, nämlich im Abstand der ersten Anzahl der periodischen Intervalle 51 oder im Abstand der um 90O phasenverschobenen zweiten Anzahl periodischer Intervalle 55. Während die Windungsabschnitte der Sinuswindung 18 jeweils in periodischen Intervallen 51 angeordnet sind, sind die Windungsabschnitte für die Kosinuswindung 19 in periodischen Intervallen 55 angeordnet. Die Abstände sind die Intervalle 50 und 54, wie in Fig. 1 gezeigt.
Der Abschnittsabstand C zwischen den beiden mittleren Abschnitten 8 und 9 ist in typischer Weise gewählt als nP gemäss dem US-Patent 2 915 722. Hierbei stellt n die gerade Zahl der aktiven Leiter pro Abschnitt dar und P ist der Referenzhalbzyklus. Der auf diese Weise gewählte Abstand C stellt auf diese Weise sicher, dass die Sinus- und Kosinuswindungen 18 und 19 jeweils die gleiche Zahl von Windungsabschnitten symmetrisch in bezug auf die Mittellinie zwischen den Abschnitten 8 und 9 aufweisen.
Die Fig. 2a zeigt die obere der beiden Schichten oder Lagen eines mehrschichtigen, mehrphasigen Bauteils gemäss der Erfindung. Die Fig. 2a und 2b zeigen in einem Masstab von etwa ein einhalb der wirklichen Grösse einen Schieber gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Fig. 2b zeigt die untere Schicht. welche im Zusammenwirken mit der oberen Schicht gemäss Fig. 2a verwendet wird. Die Schicht der Fig. 2a und 2b weist einen zentralen Abstand C in der Grössenordnung von 0.505 cm. wobei der Abstand p zwischen aktiven Leitern in der Grössenordnung von 0,084 cm liegt. Die Abstände zwischen den Abschnitten S betragen 0,381 cm. Die Breite b eines typischen aktiven Leiters 3-58 beträgt näherungsweise ein Drittel p oder 0,028 cm. Demgemäss ist der Spalt s zwischen aktiven Leitern gleich p minus b oder b ist gleich 2s.
Die obere Schicht 66 oder Lage in Fig. 2a besteht aus 24 aktiven Leitern, gleich dem als typischen Beispiel dargestellten Leiter 3-58a, welche einzeln mindestens Teile von Windungsabschnitten 101, 103, 104, 107. 108. 111. 11'. 113, 116, 117, 120, 121 und 124 bilden. Die aktiven Leiter weisen jeweils eine Vorkennzahl entsprechend den vorverwendeten Kennzahlen auf. Zwischen den Windungsabschnitten sind mehrere Windungsabschnitte weggelassen. so dass Spalte oder freie Räume dort vorhanden sind. wobei einer periodischen Anordnung normalerweise Windungsabschnitte vorhanden sein würden.
Im speziellen sind Windungsabschnitte weggelassen zwischen den Windungsabschnitten 101 und 103, 104 und 107, 108 und 111, 113 und 116, 117 und 120, und 121 und 124.
In entsprechender Weise umfasst die untere Schicht oder Lage 67 mindestens Teile von Windungsabschnitten 101, 102, 105, 106, 109. 110, 114, 115, 118, 119. 122, 123 und 124.
Wie aus Fig. 2b ersichtlich, sind zwischen den Windungsabschnitten 102 und 105, 106 und 109. 110 und 114, 115 und 118, und 119 und 122 Windungsabschnitte weggelassen, die bei periodischer Anordnung dort angeordnet wären, so dass an diesen Stellen Spalte bzw. freie Stellen entstehen.
Die Windungsabschnitte 101 und 124 werden gebildet durch aktive Leiter 1-58 (a), 1-58 (b). -1-58 (a) und 24-58 (b) von jedem der Schichten nach Fig. 7a und 7b. Die aktiven Leiter der einen Schicht der Windungsabschnitte 101 und 124 liegen an Stellen der anderen Schicht, wo der entsprechende aktive Leiter fehlt, also weggelassen ist. Dies bedeutet also, dass der Windungsabschnitt 101 gebildet wird durch einen aktiven Leiter 1-58 (a) in der oberen Schicht 66 zusammen mit dem aktiven Leiter 1-58 (b) der unteren Schicht 67. In entsprechender Weise ist der aktive Leiter 24-58 (a) in der oberen Schicht 66 und der aktiven Leiter 24-58 (b) in der unteren Schicht 67 angeordnet und beide bilden zusammen den Windungsabschnitt 124.
Um eine durch die Schichten hindurchgehende Verbindung sicherzustellen, endet der aktive Leiter 1-58 (a) an der Anzapfung 140 und der aktive Leiter 1-58 (b) an der Anzapfung 140'. Eine zweite Verbindung zwischen den Schichten ist vorgesehen zwischen dem Windungsabschnitt 121 und dem Windungsabschnitt 123 mittels der Anschlüsse 141 und 1411.
Wenn die Schichten gemäss Fig. 2a und 2b übereinander angeordnet sind, wie dies teilweise in Fig. 3 gezeigt ist, dann sind die Abgriffe 140 und 141 verbunden mit den Abgriffen 140 und 141 mittels bekannter Mittel. Beispielsweise ist ein Loch 70 durch den Abgriff 140 der oberen Schicht gebohrt und ermöglicht eine Lötverbindung 71 zu dem unteren Abgriff 140'.
Die Fig. 3 zeigt einen Teil der oberen Schicht 66 der Fig. 2a überlagert über einen Teil der unteren Schicht 67 gemäss
Fig. 2b. Die beiden Schichten sind in der Darstellung etwas gegeneinander verschoben, so dass die untere Schicht auf der
Zeichnung sichtbar ist. Obwohl sie nicht genau übereinander liegend dargestellt sind, ist der inaktive Leiter 74 der Schicht
66, welcher den Windungsabschnitt 101 mit dem Windungsab schnitt 103 verbindet, genau angeordnet über dem inaktiven Leiter 75, welcher den Windungsabschnitt 101 mit dem Win dungsabschnitt 105 verbindet. In gleicher Weise ist der inaktive Leiter 77 des Windungsabschnittes 104 genau über dem inaktiven Leiter 78 des Windungsabschnittes 102 angeordnet.
Der Zweck der Übereinanderanordnung der inaktiven Leiter der beiden Schichten besteht darin, unerwünschte Kopplungen zu vermindern, die sonst durch die inaktiven Leiter hervorgerufen werden. Neben der Übereinanderanordnung sind die inaktiven Leiter im allgemeinen so geschaltet, dass sie in entgegengesetzter Richtung Strom führen. Beispielsweise wird das durch einen Strom durch den inaktiven Leiter 74 erzeugte magnetische Feld wirksam aufgehoben durch ein entsprechendes Feld, welches durch einen entgegengesetzt gerichteten
Strom durch den inaktiven Leiter 75 erzeugt wird.
Es ist offensichtlich, dass die Ströme gleich und in entgegengesetzter
Richtung verlaufen, da die aktiven Leiter 1-58 (a) und 1-5E (b) in Serie geschaltet sind durch die Verbindung 71 zwischen den Schichten mittels der Anschlüsse 140 und 140. Die Fig. 2a und 2b in Verbindung mit der Teilansicht nach Fig. 3 zeigen, dass gleiche, jedoch entgegengesetzte Stromverhältnisse zwischen den meisten der übereinander angeordneten inaktiven Leiter der oberen Schicht 66 und der unteren Schicht 67 bestehen. Beispielsweise läuft ein gleich grosser Strom, jedoch in entgegengesetzter Richtung in den übereinander angeordneten inaktiven Leitern 77 und 78.
Aus Fig. 3 ist deutlich ersichtlich, dass die Windungsabschnitte (die aktiven Leiterteile) eines der beiden Schichten angeordnet sind an den Stellen, wo Windungsabschnitte bei der anderen Schicht (bei stetiger Anordnung) fehlen. Beispielsweise sind die Windungsabschnitte 103 und 104 der oberen Schicht 66 angeordnet im von Windungsabschnitten
102 und 105 der unteren Schicht 67. In entsprechender Weise tritt der Windungsabschnitt 102 und der aktive Leiter 1-58 (b) der unteren Schicht 67 auf in dem von Windungen freigelassenen Raum zwischen den Windungsabschnitten 103 und dem aktiven Leiter 1-58 (a) der oberen Schicht 66.
Wenn die obere Schicht 66 und die untere Schicht 67 übereinander angeordnet sind, wie es die Fig. 3 zeigt, dann sind die Abgriffe 140 und 140 (ebenso wie die in Fig. 3 nicht gezeigten Abgriffe 141 und 141') miteinander verbunden über eine durch die Schicht hindurchgehende Verbindung 71, so dass kontinuierliche Sinus- und Kosinuswindungen gebildet werden.
Die Sinuswindung endet am Abgriff 84 der oberen Schicht 66 und am Abgriff 83 der unteren Schicht 67. Die kontinuierliche Kosinuswindung endet in entsprechender Weise am Abgriff 82 der oberen Schicht 66 und am Abgriff 81 der unteren Schicht 67. Analog zu der Zwischenverbindung zwischen den Abgriffen 140 und 140' sind die Abgriffe 81, 82, 83 und 84 untereinander verbunden mit den entsprechenden Abgriffen 811, 82', 83 und 84X, um nach aussen Anschlüsse zu bilden.
Mit den zwischen den Schichten vorhandenen Verbindungen an den Abgriffen wird die Sinuswindung gebildet durch Abschnitt 101, 103, 105 , 107, 109, 111, 114, 116, 118, 120,
122 und 124. In entsprechender Weise umfasst die Kosinuswindung Windungsabschnitte 102, 104, 106, 108, 110, 112, 113, 115, 117,119, 121 und 123. Es ist deutlich sichtbar, dass eine zusammengesetzte Windung, angeordnet in einer oberen Schicht 66 und einer unteren Schicht 67, Sinus- und Kosinuswindungen, zwischeneinander angeordnet, umfasst, in welchen eine gleiche Zahl aktiver Leiter pro Schicht und weiterhin, in welcher in jeder Schicht die gleiche Zahl aktiver Leiter vorhanden sind, die den Sinus- und den Kosinuswindungsabschnitten zugeordnet sind.
Die übereinander angeordneten, als gedruckte Schaltungsplatten ausgebildeten Schichten in Fig. 3 weisen eine komplementäre Anordnung aktiver Leiter auf, wenn sie betrachtet werden als zusammengesetzte, gleichförmig im Abstand stehende aktive Leiter einer Sinus- und Kosinuswindung. Weiterhin wird die Interdigitation der Sinus- und Kosinuswindungsabschnitte bei den Windungsabschnitten 112 und 113 umgekehrt, entsprechend der Lehre des US-Patentes 2 915 722.
Infolge der symmetrischen Anordnung mit einer gleichen Anzahl aktiver Leiter pro Schicht, mit der gleichen Anzahl aktiver Leiter in den Abschnitten, die der Sinuswindung und der Kosinuswindung in jeder Schicht zugeordnet sind und durch die Interdigitation der Windungsabschnitte, ist die erforderliche Genauigkeit, mit welcher die Schichten während der Herstellung übereinander angeordnet werden müssen, vermindert. Ein Verschieben einer Schicht in bezug auf die andere Schicht ist tolerierbar, da unerwünschte induzierte Spannungen, die durch eine derartige Verschiebung bewirkt, werden, einander aufheben. Diese unerwünschten Spannungen sind im wesentlichen eliminiert durch gleiche, jedoch entgegengerichtete Signale, die in jeder der Sinus- und Kosinuswindungen induziert werden, mit der Wirkung, dass sie einander löschen.
Beispielsweise wandert der bei dem Anschluss 81 in Fig. 2b eintretende Strom von rechts nach links längs des inaktiven Leiters 78 und durch jeden der Abschnitte 102, 106, 110, 115, 116 und 123 zum Anschluss 1411. Wenn die Schicht nach Fig. 2a angeordnet ist über der Schicht nach Fig. 2b, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, dann ist der Anschluss 141 verbunden mit dem Anschluss 141, so dass der beim Anschluss 81 eintretende Strom durch die Abschnitte 121, 117, 113, 112, 108 und 124 hindurchgeht und anschliessend von links nach rechts wandert längs des inaktiven Leiters 77 zum Anschluss 82.
Hierdurch tritt ein gegenseitiges Löschen auf, da z. B. in den inaktiven Leitern 77 und 78 der gleiche Strom, jedoch in entgegengesetzter Richtung fliesst.
In Fig. 2c ist ein Teil einer Einphasenwindung 126 gezeigt, wobei deren relative Grösse und Lage bezüglich der Mehrphasenwindung in Fig. 2a dargestellt ist. Es ist lediglich ein Teil dieser Einphasenwindung 126 dargestellt, wobei diese Windung in Praxis eine wesentlich grössere Länge aufweist und sich über die Windungsabschnitte 101 und 124 hinaus erstreckt.
Die Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines mehrphasigen, aus mehreren Schichten bestehenden Bauteiles 149, welches über einen Bauteil 151 mit einer Einphasenwicklung angeordnet ist.
Das Teil 149 besteht üblicherweise aus einem Grundteil 144, welches aus einem relativ dicken und unnachgiebigen Material, wie beispielsweise aus Metall oder Glas besteht. ber eine Klebeschicht 145 ist mit dem Grundteil 144 verbunden eine erste Isolierschicht 67i. Diese Schicht entspricht der unteren Schicht 67 nach Fig. 2b. Die Schicht 67 besteht aus einem Isoliermaterial 67 (a) mit einer Leiterschicht 67 (b). Diese letztere Schicht umfasst Windungsabschnitte, Abgriffe und die anderen Leiter, wie sie in Fig. 2b dargestellt sind.
Auf der Isolierschicht 67 befindet sich eine Klebeschicht 46, zum Halten einer Isolierschicht 66X, welche der oberen Schicht 66 gemäss Fig. 2a entspricht. Die Isolierschicht 66 besteht gleich der Isolierschicht 67' aus einem Isoliermaterial 66 (a) und einer Leiterschicht 66' (b). Die letztere Schicht umfasst die Windungsabschnitte, die Abgriffe und die anderen inaktiven Leiter, wie sie der Fig. 2a zu entnehmen sind.
Mit der Isolierschicht 66 über eine Klebeschicht 147 ist verbunden eine Isolierschicht 68, welche als elektrostatischer Schutz dient. Die Isolierschicht 68 umfasst einen Isolator 68a und eine Leiterschicht 68b wobei letztere als Leiter ausgebildet ist und beispielsweise aus einer Aluminiumfolie besteht.
Die Isolierschicht 68 entspricht derjenigen, welche im US Patent 3 090 934 beschrieben ist.
Das Grundteil 144 und die darauf befestigten Schichten 145, 67, 146, 66, 147 und 68 bestehen aus einem ersten Bauteil, welches eine erste und eine zweite Isolierschicht 66X, 67 mit Windungen in einer Kofunktion umfasst, wobei jede der Schichten 66 und 67' eine Anzahl vn von Windungsabschnitten einer ersten und einer zweiten Kofunktion umfasst, wie dies im Zusammenhang mit den Fig. 2a und 2b erläutert wurde. Weiterhin ist jede Isolierschicht 66 und 67 so angeordnet, dass die aktiven Leiter und die Windungsabschnitte einer der Schichten angeordnet sind über den Stellen, wo die aktiven Leiter und Windungsabschnitte der anderen Schicht ausgespart sind.
Das Teil 149 befindet sich nahe dem Teil 151. Die Teile 149 und 151 sind voneinander getrennt durch einen Luftspalt 150. Das Teil 151 umfasst einen Grundteil 154, der üblicherweise aus Metall oder Glas besteht. Ein geeignetes Grundteil aus Metall ist beschrieben im US-Patent 3 202 948. Mit dem Grundteil 154 ist über eine Klebeschicht 128 eine Isolierschicht 126 verbunden. Die Isolierschicht 126 umfasst einen
Isolator 126 (a) mit einer Leiterschicht 126' (b). Die letztere weist eine Ausbildung auf, die der Einphasenwindung 126 in Fig. 2a entspricht.
Die Teile 149 und 151 sind relativ zueinander bewegbar, so dass die Windungen der Isolierschichten 66', 67' und 126' induktiv miteinander gekoppelt sind.
Obwohl eine grosse Möglichkeit der Dimensionierung möglich ist, weisen die typischen Abmessungen der Grundteile und Schichten nach Fig. 4 folgende Dimensionen auf:
Teil Nr. Abmessung (cm)
144 0,930
145 0,0013
67'a 0,0051
67'b 0,0025
146 0,0013
66'a 0,0051
66'b 0,0025
147 0,0013
68a 0,0025
68b 0,0025
150 (Luftspalt) 0,013
126'b 0.00'5
126a 0.0051
128 0,0013
154 0.930
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:
Der an Hand der Fig. la. 1b.2a. 7b, 3 und 4 beschriebene Lagenmessumformer dient der Anzeige der relativen Lage zweier Teile.
Die beiden Teile sind üblicherweise starr verbunden mit zwei zueinander relativ beweglichen Teilen eines Gerätes, wie beispielsweise einer Werkzeugmaschine und es ist daher möglich, mit einem derartigen Lagemessumformer die relative Lage zweier zueinander beweglicher Teile einer Werkzeugmaschine zu erfassen.
Zur Messung der relativen Lage wird bei dem Lagemesstransformator, wie er schematisch in den Fig. la und 1b gezeigt ist, ein Signal an die Anschlüsse 40 und 41 der kontinuierlichen Windung 39 nach Fig. 1b gelegt. Bei einem derartigen, an den Anschlüssen 40 und 41 anliegenden Signal in der Stellung nach Fig. 1b wird ein Maximalsignal induziert in der Sinuswindung 18 und ein Minimalsignal in der Kosinuswindung 19. Das Maximalsignal wird induziert in der Sinuswindung 18, da jeder der aktiven Leiter -27 und -28 jedes Windungsabschnittes der Sinuswindung 18 symmentrisch angeordnet ist zwischen zwei parallel verlaufenden aktiven Leitern 43 der kontinuierlichen Windung 39. so dass die induzierten Spannungen in jedem der aktiven Leiter -27,28 gleich gross sind und sich summieren.
Im Vergleich hierzu befinden sich die aktiven Leiter -27 und -28 jedes der Windungsabschnitte der Kosinuswindung 19 in einer Lage, bei welcher sie symmetrisch angeordnet sind jeweils zu einem einzelnen aktiven Leiter 43 der kontinuierlichen Windung 39, so dass die in den aktiven Leitern -27 und -28 induzierten Spannungen gleich, jedoch entgegengesetzt gerichtet sind, so dass sie einander aufheben und das resultierende Signal zu Null wird.
Wird nach Fig. 1c die kontinuierliche Windung 39 relativ verschoben zur Sinuswindung 18 und zur Kosinuswindung 19 der Fig. la in bezug auf die Lage der kontinuierlichen Windung 39 in Fig. lb, wobei die Verschiebung der kontinuierlichen Windung 39 in bezug auf die kontinuierliche Windung 39 der Fig. 1b gleich einem Viertelzyklus der kontinuierlichen Windung 39 ist, dann entstehen folgende Verhältnisse:
Der in der kontinuierlichen Windung 39 der Fig. 1c fliessende Strom zwischen den Anschlüssen 41 und 40 induziert zwischen den Anschlüssen 20 und 21 der Sinuswindung 18 ein minimales Signal und an den Anschlüssen 23 und 24 der Kosinuswindung 19 entsteht ein maximales Signal.
Wenn die kontinuierliche Windung 39 der Fig. 1b verschoben wird in eine Stellung zwischen denjenigen, die die Fig. 1b und 1c zeigt, dann ist die Amptlitude der an den Anschlüssen 23 und 24 und an den Anschlüssen 20 und 21 auftretenden Signale proportional veränderlich. Wenn die kontinuierliche Windung 39 beispielsweise in der Mitte zwischen den Lagen nach Fig. lb und lc sich befindet, sind die Signale an den Anschlüssen 23 und 24 und an den Anschlüssen 20 und 21 gleich gross. Es ist bekannt, dass, jeweils über einen Zyklus gerechnet, relativ gleiche Signale entstehen.
Die obige Beschreibung behandelt den Betrieb eines Lagemessumformers als Transmitter, d. h. als Geber bzw. Messwertumformer. Derartige Lagemessumformer können jedoch auch häufig verwendet werden als Empfänger . Beim Betrieb als Empfänger liegt zwischen den Anschlüssen 23 und 24 der Anordnung nach Fig. la und lb und ebenso zwischen den Anschlüssen 20 und 21 ein sinusförmiges Signal an. Für bestimmte (gleiche) Amplituden derartiger Eingangssignale wird zwischen den Anschlüssen 40 und 41 ein sinusförmiges Fehlersignal erzeugt, dessen Amplitude eine Funktion der relativen Lage der gegeneinander verschieblichen Teile nach Fig. la und lb darstellt.
Die Fig. 5 zeigt eine sich drehende Ausführungsform eines Bauteils 218, welches aus mehreren Schichten bzw. Lagen aufgebaut ist, 16 Windungsabschnitte aufweist, mehrphasig ist und im speziellen zwei Phasen aufweist. Das Teil 218 umfasst Windungsabschnitte 201, 202 216. Diese Windungsabschnitte sind geschaltet zu einer Sinuswindung 220, welche die Windungsabschnitte 201, 203, 205, 207, 209, 211, 213 und 215 umfasst. Weiterhin sind sie zu Sinuswindungen 221 geschaltet, bestehend aus Windungsabschnitten 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214 und 216. Entsprechend der Darstellung nach Fig.la und 3 sind die Windungsabschnitte, aktiven Leiter und inaktiven Leiter der einen Schicht voll ausgezogen, während die entsprechenden Teile der anderen Schicht gestrichelt dargestellt sind.
Beispielsweise ist der aktive Leiter 225 des Windungsabschnittes 215, der inaktive Leiter 226, der den aktiven Leiter 225 mit dem Windungsabschnitt 201 verbindet.
und der Windungsabschnitt 201 in einer Schicht angeordnet.
In entsprechender Weise ist der aktive Leiter 228 des Windungsabschnittes 215, der inaktive Leiter 229, der den aktiven Leiter 228 mit dem Windungsabschnitt 203 verbindet und der Windungsabschnitt 203 in der anderen Schicht angeordnet.
Die Durchbrechung bei einem Teil der Windungsabschnitte 212, 213, 214, 215 und 216 zeigt einen Teil eines einphasigen Bauteiles 232 mit einer kontinuierlichen Einphasenwicklung 231. Die Windung 231 besteht aus mehreren radial verlaufenden, untereinander im gleichen Abstand angeordneten, in Serie geschalteten aktiven Leitern 233. Die aktiven Leiter 233 haben einen Teilungsschritt PS, welcher im Falle einer rotierenden Anordnung das Winkelmass zwischen den aktiven Leitern darstellt. Es sei in diesem Zusammenhang vermerkt, dass in bezug auf Fig. lb die Teilung P als linearer Abstand zu verstehen ist.
Die Windungsabschnitte des mehrphasigen Teiles 218 sind orientiert mit Windungsabständen SX, wobei der Windungsabstand S in bestimmtem Bezug steht relativ zur Teilung Pi der aktiven Leiter !des Einphasenbauteiles 232.
Im Falle der Fig. 5 ist SZ gleich eineinhalbmal P'. Auf diese Weise entsteht eine 90o-Phasenbeziehung zwischen der Sinuswindung 220 und der Kosinuswindung 221. Wie bereits in Verbindung mit den Fig. la, 1b und lc diskutiert wurde, können auch andere Abstände verwendet werden, um andere Phasenbeziehungen zwischen der Einphasenwindung und den Mehrphasenwindungen zu erhalten.
In Zusammenhang mit der Fig. 5 sei vermerkt, dass die Windungsabschnitte, die der Sinuswindung 220 zugeordnet sind, angeordnet sind zwischen den Windungsabschnitten, die der Kosinuswindung 221 zugeordnet sind. Weiterhin erscheint die gleiche Anzahl von aktiven Leitern, die der Sinuswindung 220 zugeordnet sind, in der Leiterschicht 223 (gestrichelt) und in der anderen Leiterschicht 224 (ausgezogen) und weiterhin ist eine gleiche Anzahl aktiver Leiter, die der Kosinuswindung 221 zugeordnet sind, in der einen Leiterschicht 223 und in der Leiterschicht 224 angeordnet.. Weiterhin haben die beiden Schichten des Mehrphasenbauteils 218 aktive Leiter und Windungsabschnitte, die übereinander angeordnet sind, wobei diejenigen der eine Leiterschicht angeordnet sind in Zwischenräumen der anderen Leiterschicht, in welchen Leiter bzw.
Windungsabschnitte ausgelassen sind.
Um die Abschnitte der Leiter miteinander zu verbinden und die gewünschte Kofunktion herzustellen, sind Abgriffe 239 und 240 bei der Schicht 224 und Abgriffe 239 und 240i in der anderen Leiterschicht 223 vorgesehen. Eine Löt- oder andere elektrische Verbindung ist zwischen den Abgriffen 239 und 239', sowie zwischen 240 und 240' vorgesehen. Weiterhin sind Anschlüsse 243 und 244 für die Sinuswindung 220 und Anschlüsse 246 und 247 für die Kosinuswindung 221 vorgesehen, damit eine Verbindung nach aussen möglich ist.
Die Fig. 6a und 6b zeigen eine obere Schicht 366 und eine untere Schicht 367, entsprechend den Schichten, wie sie in Fig. 2a und 2b gezeigt sind. Die Schichten der Fig. 6a und 6b unterscheiden sich von denjenigen der Fig. 2a und 2b darin, dass sie ohne grosse Abgriffe für die Verbindungen zwischen den Schichten ausgeführt sind und die inaktiven Leiter, welche die aktiven Leiter miteinander verbinden, symmetrisch angeordnet sind. Die aktiven Leiter 357, 357Z, 357" und 357t der Fig. 6 entsprechen den aktiven Leitern -58 in Fig. 2a und 2b.
Die aussen liegenden aktiven Leiter 358 (a) und 358 (a) der oberen Schicht 366 und die am Ende liegenden aktiven Leiter 358 (b) und 358'(b) sind gleich den an den Enden liegenden aktiven Leitern bei Fig. 2a und 2b. Die aktiven Leiter 358 (a) und 358 (b) enden jedoch nicht in grossen Abgriffen, sondern gehen über in inaktive Leiter 359 (a) und 359 (b) , die dazu dienen, eine Verbindung zwischen den Schichten erzustellen.
In gleicher Weise endet der aktive Leiter 361 der oberen Schicht 366 nicht in einem grossen Abgriff (gleich dem Abgriff 141 in Fig. 2a), sondern verläuft lediglich lang genug, um das Ende des aktiven Leiters 358 der unteren Schicht 357 zu überlappen, wenn die obere Schicht 366 über der unteren Schicht 367 liegt. Abgriffe und andere Unregelmässigkeiten bei den inaktiven Leitern gemäss Fig. 2a und 2b werden bei der Ausführung nach Fig. 7 vermieden.
Die Fig. 7 zeigt ein relativ bewegliches Bauteil 325 mit einer Mehrphasenwindung 328, bestehend aus einer oberen Schicht 366 gemäss Fig. 6a und einer unteren Schicht 367 gemäss Fig. 6b, welche auf der Unterseite eines Trägerteiles 320 befestigt sind. Das Teil 325 ist relativ beweglich zu dem Bauteil 332. Das Bauteil 332 umfasst eine Einphasenwindung 326 mit aktiven Leitern gleich den Leitern 330, 330Z, 330fig welche eine grössere Länge aufweisen als z. B. die aktiven Leiter 357,357, und somit die Mehrphasenwindung 328.
Da die aktiven Leiter, wie beispielsweise der aktive Leiter 330, eine grössere Länge aufweisen, ist es wichtig, dass keine unerwünschten Leiterbereiche bei den mehrphasigen Windungen 328 vorhanden sind, welche induktiv koppeln könnten mit diesen aktiven Leitern, da hierdurch unerwünschte Fehlersignale hervorgerufen werden könnten. Das Mehrphasenbauteil 325 hat eine Mehrphasenwindung 328 ohne die vorgenannten Abgriffe und andere Unregelmässigkeiten im Bereich der Einphasenwindung und erzeugt deshalb keine unerwünschten Fehlersignale. Zusätzlich kann die Mehrphasenwindung 328 verwendet werden zusammen mit einer Einphasenwindung 126 gemäss Fig. 1c, wo die aktiven Leiter 351 kürzer sind als die aktiven Leiter der Fig. 7.
Mehrphasige Bauteile mit Schichten gleich denjenigen der Fig. 2a und 2b werden jedoch wünschenswerterweise nicht verwendet mit Bauteilen, welche aktive Leiter aufweisen mit einer Länge gleich derjenigen der aktiven Leiter 330, deren Länge kürzer ist als die Länge der aktiven Leiter -58 in Fig. 2a und 2b, weil hierbei die Abgriffe und andere nicht kompensier bare, leitende Bereiche zu einer unerwünschten induktiven Kopplung führen würde.
Die Windungsabschnitte aller mehrphasigen Windungen, wie sie zuvor an Hand der Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, umfassen zwei koppelnde Leiter pro Abschnitt. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, dass pro Abschnitt auch mehrere koppelnde Leiter verwendet werden. Der Begriff Windungsabschnitt, oder einfacher gesagt Abschnitt , ist Teil einer Transformatorwindung, welche, wenn verbunden mit anderen Abschnitten, eine komplette Transformatorwindung bildet. Die Abschnitte sind üblicherweise gebildet aus einem oder mehreren aktiven Leitern, die körperlich auf einem Bauteil angeordnet sind, so dass, wenn sich ein anderes Bauteil in der Nähe befindet, diese aktiven Leiter induktiv mit den aktiven Leitern des anderen Bauteils koppeln. Sind zwei aktive Leiter pro Abschnitt vorhanden, werden die Abschnitte häufig als U-Abschnitte bezeichnet.
Sind jedoch vier Leiter pro Abschnitt vorhanden, werden diese Abschnitte häufig als W-Abschnitte bezeichnet.
Die W-Abschnitte umfassen zwei zentrale aktive Leiter und zwei aussenliegende aktive Leiter, also insgesamt vier aktive Leiter. Unter Bezugnahme aus Fig. la kann beispielsweise jeder Abschnitt 1 bis 16 ersetzt sein durch einen W-Abschnitt.
In diesem Fall wird der Abstand der Abschnitte S gemessen als Abstand der Mittellinie zwischen jeweils zwei zentralen aktiven Leitern zweier aufeinanderfolgender W-Abschnitte.
Beim Ersatz der U-Abschnitte in Fig. 1 durch W-Abschnitt 1 ist zu vermerken, dass die Verbindungen der Anschlüsse oder Abgriffe vom oberen zum unteren Rand erreicht wird durch die Anordnung der aktiven Leiter eines einzelnen Abschnittes in verschiedenen Schichten, in der gleichen Weise, wie dies durchgeführt wurde bezüglich der Windungsabschnitte 1 und 16 in Fig. la. Im Grunde genommen entspricht ein W Abschnitt im wesentlichen zwei U-Abschnitten. Deshalb kann irgendeiner der U-Abschnitte innerhalb eines W-Abschnittes gebildet werden aus einem aktiven Leiter der einen und der anderen Schicht in entsprechender Weise wie die Windungsabschnitte 1 und 16 in Fig. la. Durch diese aktiven Leiter eines Abschnitts in verschiedenen Schichten wird die Verbindung der verschiedenen Windungsebenen bewirkt.
Obwohl in Fig. 4 ein mehrschichtiges Bauteil mit zwei Windungen dargestellt ist, kann die Erfindung auch in anderen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden. Beispielsweise sind die Isolierschichten 66' und 67' in Fig. 4 bezeichnet worden als Zusammensetzungen von leitenden Schichten 66'b und 67'b, welche jeweils auf eine Isolierschicht 66'a und 67'a angeordnet sind. Anstelle dieser Anordnung kann auch eine einzige Isolierschicht aus Kunststoff verwendet werden mit einer Leiterschicht auf jeder Seite.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die aktiven Leiter der einen Schicht angeordnet in den Bereichen, wo die aktiven Leiter der anderen Leiterschicht weggelassen sind.
Diese freigelassenen Räume können natürlich besetzt sein mit
Leitern, die identisch mit denjenigen der aktiven Leiter sind, mit der Ausnahme, dass sie an ihre beiden Enden nicht angeschlossen sind und somit keine Elektrizität leiten können.
Derartige, nicht angeschlossene Leiter können als mechanische Träger ohne irgendwelchen elektrischen Einfluss auf den
Lagemesstransformator dienen.
Obwohl die Erfindung beschrieben wurde in Bezug auf ein
Gleichstromsignal und eine elektromagnetische Energieüber tragung, kann die Erfindung in gleicher Weise angewendet werden bei einer Wechselstromerregung und/oder einer elektrostatischen Energieübertragung.
The present invention relates to a position measuring transformer, consisting of two relatively movable, inductively coupled transformer parts, wherein one of the transformer parts has several turns and each turn comprises a first turn part, which is arranged in a first layer, and a second turn part, which in a second layer, and wherein the first and second turn parts in each layer are connected in series for each turn.
If one winding of one part is connected to a primary-side alternating voltage, the current in this winding induces a secondary-side voltage in the other windings of the other part when both parts are close to one another.
In practice, the position transducers have a first transformer part with a single turn, which consists of evenly spaced, series-connected active conductors. This transformer part is usually a single-phase component which, in a conventional manner, defines a reference pitch which corresponds to the periodic spacing of the active conductors. In the case of linearly movable arrangements, the single-phase component is called a scale, and in the case of a rotating device, the rotor.
The other relatively movable part of the position measuring transformer usually comprises two windings which are spatially out of phase with one another and which represent two different phases with respect to the single-phase component, this component being generally referred to as a multi-phase component. Usually, the multiphase component is called a slide in the case of linearly movable devices and a stator in the case of rotating arrangements. Since the multi-phase component (slide or stator) has turns which are spatially out of phase with one another, these turns have a special phase relationship to the single-phase turn of the single-phase component (scale or rotor).
The phase shift between the turns of the multi-phase component is usually a quarter of the turn cycle of the single-phase turn. Accordingly, the phase shift between the polyphase turns is a 9 (> phase shift and this phase shift of 9t <corresponds to the phase shift between a sine and a cosine function. When the polyphase turns are quarter cycle out of phase, they are commonly referred to as sine and cosine turns.
It is common to use sine and cosine windings, but other phase relationships can be used. For example, it is possible that the phase shift between three windings is 1206, so that a three-phase system results. The term multiphase used below includes all possible phase shifts. The expression cofunction used below means that there is a phase relationship between the multi-phase windings of the position measuring transformer, where sine and cosine are, for example, the trigonometric cofunctions of the same angle.
Position measuring transformers of the aforementioned type are generally known. For example, in US Pat. No. 2,799,835 a position measuring transformer is described in which planar windings are used. Although the arrangement described in this patent results in a relatively accurate transformer, some embodiments are difficult to manufacture because the physical formation of the polyphase turns requires a large number of soldered or welded wire connections.
For example, to properly connect the various active conductors of the windings to one another, i. H. the conductors, which run transversely to the direction of the relative movement of the transformer parts, a hole must be drilled in the support part made of glass or a similar material which runs close to each conductor group, with connecting wires passing through these holes and welded or soldered to the conductors. In one embodiment having 24 groups of conductors, 24 holes, 48 wires, and 48 welded or soldered wire connections are required.
Other position measuring transformers with multi-phase windings are described in US Patents 2,915,722 and 2,924,798. US Patent 2,915,7'2 is concerned with reducing undesirable components of the induced voltage by placing first and second multi-phase windings on the slide is. which are arranged symmetrically to a common center line. U.S. Patent 2,924,798 describes an additional improvement in the wiring between the first and second co-operating turn portions to reduce undesirable induced voltages in the secondary turn.
Although the measures according to US Pat. Nos. 2,915,722 and 2,924,798 lead to a significantly better mode of operation of a position measuring transformer, it is not yet possible with these improvements to avoid the complicated structure of the slide or other multi-phase components, in particular to make the arrangement in this way that the large number of wire connections and soldered connections can be omitted.
The latest state of this development can be found in U.S. Patent 3,441,888. which has the content of a simplified structure of a position measuring transformer. This patent shows planar turns arranged in several layers or layers in which the groups of sine and cosine conductors are arranged alternately with respect to groups of sine and cosine conductors of another layer.
This structure does lead to an improvement in the accuracy, but it is necessary that the various conductor groups with one another require numerous wire connections between the various conductor groups in the different layers. The nature of these connections requires a considerable number of soldered or welded connections, which usually have to be made by hand. This affects the operational safety of such a transformer.
The object of the present invention is that in the case of the multi-phase winding component in a position measuring transformer, significantly fewer soldered or welded connections are required than in the case of the known transformers.
According to the invention, this object is achieved in a position measuring transformer of the type mentioned in that the first turn parts of each turn comprise sections of active conductors that are spatially separated from one another, with inactive conductors being arranged in the first layer that connect successive active conductor sections in series that the second turn parts of each turn comprise portions of active conductors. which are arranged at a distance from one another, wherein inactive conductors are arranged in the second layer, the successive active conductor sections are connected in series, and that the first layer and the second layer are arranged such that each turn portion of each layer is in the exposed portion of the turn portions other layer is located.
In one embodiment of the invention, only two soldered or welded connections are required (apart from the connections that are required anyway), it being irrelevant how large the number of groups of active conductors is. Such a position measuring transformer has significantly lower manufacturing costs and higher operational reliability.
There is also the advantage. that the groups of active conductors, which form the winding sections in different layers, have a grouping and a spatial rela tion such that they are connected to one another by inactive conductors which lie in the same layer, but generally have no magnetic inductive influence, wherein the active conductors and the inactive conductors are present in printed circuit technology as a printed circuit board.
According to another embodiment of the invention, one layer contains an arrangement or a pattern of groups of active conductors of one type, for example sinusoidal conductors, arranged in spaces, and a group of active conductors of the other type, for example cosine conductors, while the other layer has a complementary overlying arrangement of such Has groups which are arranged in the area of the spaces left free by conductors of the first layer, only two line connections being provided between the layers for connecting the groups of the same type.
In a particular arrangement, the groups of active conductors and their inactive conductor connections are arranged symmetrically with respect to a center line in order to reduce undesirable components of the induction voltage, the inactive conductors generally being outside the magnetic inductive influence of such groups.
A further embodiment of the present invention consists in that the inactive conductors connecting the active conductors of one layer to one another are arranged in such a way that they are in inductively coupling relation to the inactive conductors of the other layer, which connect the active conductors there to one another. In this way, undesired feedback which could otherwise occur is reduced or prevented.
A further embodiment of the transformer according to the invention consists in the arrangement of a row or matrix of winding sections, which are formed by groups of active conductors, certain of which are connected by inactive conductors in the same layer, which lead to an edge region of the matrix, and others which connected by inactive ones in the same layer, which lead to the opposite edge of the matrix. The use of two layers for such winding sections creates four such edge areas in which the connecting inactive conductors are arranged to reduce wire crossovers.
Another embodiment consists in that the groups of active conductors have an active conductor which is arranged in one layer and another active conductor which is located in the other layer.
The invention is explained in more detail below with reference to the drawings in various exemplary embodiments.
Fig. 1a shows, on an enlarged scale, a plan view of a slide with sine and cosine windings which are arranged in two layers, each layer consisting of a printed circuit board, both of which have active conductors, which are generally the transverse conductor parts, wherein Inactive conductors are present, which run generally longitudinally, the active and inactive conductors of one layer being fully drawn and the active and inactive conductors of the other layer being shown in dashed lines.
Fig. Lb shows a plan view of a single-phase reference winding with active conductors that form the reference pitch, this reference winding is relatively movable to the multi-phase winding according to Fig. La.
FIG. 1c shows a plan view of the single-phase winding according to FIG. 1b, but phase shifted by a quarter cycle.
2a shows a top view of the upper layer with 24 active conductors, the entire polyphase winding having 48 active conductors.
Fig. 2b shows a top view of the lower layer with 24 active conductors.
FIG. 2c represents a reference turn to the turns according to FIGS. 2a and 2b.
FIG. 3 is a plan view of part of the superposed layers according to FIGS. 2a and 2b.
4 shows a section through a position measuring transformer with a multi-phase component and a single-phase component, which are separated from one another by an air gap.
Fig. 5 shows a multi-phase component in a rotatable arrangement.
FIGS. 6a and 6b are further exemplary embodiments of the upper and lower layers, corresponding to the layers according to FIGS. 2a and 2b.
Fig. 7 shows the superposed layers according to Figs. 6a and 6b which are arranged on a base part with respect to a single-phase component, the latter having active conductors which are longer than the active conductors of the multiphase component.
Fig. La shows a multi-phase part with multi-phase, in a so-called co-function (trigonometric ratio) arranged turns in the form of a sine turn 18 and a cosine turn 19. The sine turn 18 is connected to the terminals 20 and 21, while the cosine turn 19 is connected to connections 23 and 24.
Both the sine and the cosine windings 18 and 19 consist of several winding sections, which are labeled 1 to 16 from left to right. Some of the winding sections are arranged in one layer or ply 47, others in one layer or ply 48, and still others in both layers or plies. Since FIG. 1 a represents a top view, the layers 47 and 48 are not each visible individually, but are explained in more detail below with reference to FIGS. 2, 3 and 4. The layers or plies 47 and 48 are separated from one another by an insulating layer 49.
In FIG. 1 a, the sine turn 18 consists of turn sections 1, 3, 5, 7, 10, 12, 14 and 16 and the cosine turn 19 comprises the turn sections 2, 4, 6, 8, 9, 11, 13 and 15.
Here, the turn sections 4, 5, 8, 9, 10, 13 and 14 are in one layer and the turn sections 2, 3, 6, 7, 11 and 12 in another layer. The turn sections 1 and 16 are formed by active conductors from each layer.
The turn sections and other conductor parts, such as for example the inactive conductor 36 between the sections 11 and 15, which are arranged in the layer 48, are shown by solid lines. In order to be able to distinguish the various layers from one another, the sections and the other conductor parts, such as for example the inactive conductor 35 between the sections 9 and 13, which are arranged in the layer 47, are shown in dashed lines.
Each winding section of the multiphase component according to FIG. La comprises two active conductors -27 and -28. Each of the active conductors -27 and -28 is assigned a sign or a pre-number which corresponds to the corresponding winding section. For example, the active conductors of section 2 are labeled 2-27 and 2-28. Each of the active conductors -27 and -28 for the 16 sections of FIG. 1a terminate with one end in one direction at a first upper edge on insulator 49 and terminate with the other end in the opposite direction at a second lower edge on insulator 49 The conductors -27 and -28 are connected to one another at their ends by an inactive conductor -30, each inactive conductor -30 having a sign or a prefix corresponding to the reference number of the section.
For example, the section 2 has an active conductor 2-28, which is connected at the upper edge 33 via an inactive conductor 2-30 to the active conductors 2-27. Most of the sections according to FIG. 1 a have section openings -31 on the edge opposite the inactive conductor -30 along this edge, these openings in turn each bearing the sign of the corresponding section. For example, the section 2 has a section opening 2-31 along the lower edge 34 opposite the inactive conductor 2-30.
In Fig. La, the turn section 16 has no inactive conductor -30. The active conductors 16-27 and 16-28 are arranged in different layers. If the active conductors are in different layers and there is no inactive conductor, the connections 20 and 21 are advantageously arranged along the edge 34 instead of the edge 33, so that the winding section 16 serves as a feed for these connections. If, however, the opening 16-32 is replaced by an inactive conductor 16-30 (not shown) which connects the active conductors 16-27 and 16-28 to one another, then the connections 20 and 21 are advantageously arranged along the edge 33, for example as Connections 20 u and 21.
If an inactive conductor 16-30 is provided instead of the connections 20 and 21, the inactive conductor section 26 between the connections 20 and 21 is of course omitted.
While the winding section 16 for the connections 20 and 21 serves as a supply line in two different levels, the winding section 1 with the opening 1-32 serves in an analogous manner as a supply line for the connection taps 37 and 38 in two different levels. The connections of the winding planes achieved in sections 1 and 16 enable all connections 20, 21, 23 and 24 and the intermediate connections 37, 38, 60 and 61 to be arranged along the edge 34 and no connection to be located along the edge 33. Such an arrangement of the terminals and connections on one side is useful, since it is thereby avoided that such terminals cause coupling with the terminals of a single-phase winding which is arranged on the opposite edge, as FIG. 7 shows.
The active conductors -27 and -28, such as, for example, the conductors 2-27 and 2-28, form winding sections which are arranged at certain intervals 50 of a first number of periodic intervals 51 and at certain intervals 54 of a second number of periodic intervals 55.
The periodic spacing of the winding sections 1 to 16 of FIG. 1 a can best be explained with reference to a reference division. The reference graduation is typically a single-phase winding of a position measuring transformer, which is shown schematically in FIG. 1b.
FIG. 1 b shows a continuous turn 39 which is connected between the connections 40 and 41. The continuous turn 39 consists of a plurality of periodically arranged, parallel and series-connected active conductors 43. The active conductors 43 are connected at their ends and on the top by inactive conductors 46. The active conductors 43 are periodically arranged at a distance P from one another so that they can be said to be arranged in a dividing step P. The continuous winding 39 forms a cycle over a distance of 2P each, so that P is half a cycle of the reference pitch.
The distance of the winding sections according to FIG. 1 a relative to the continuous winding 39 as a reference is such that the winding sections 1, 3, 5, 7, 10, 12, 14 and 16, which form the sinusoidal winding 18, are arranged centrally with respect to the intervals 50 which are associated with the first number of periodic intervals 51. The first number of periodic intervals 51 occurs in each half cycle P of the continuous turn 39 in the center of each inactive conductor 45 and 46, as shown in FIG. 1b.
The winding sections 2, 4, 6, 8, 9, 11, 13 and 15 form the cosine winding 19 and each occur at specific intervals 54 of the second number of periodic intervals 55.
The second number of periodic intervals 55 is out of phase with respect to the first number of periodic intervals 51 by a quarter cycle 2 P / 4 of the continuous winding 39.
In order to obtain the desired 90 '* phase shift between the sine turn 18 and the cosine turn 19, the individual turn sections 1 to 16 are arranged at periodic intervals from one another. these periodic intervals having the 90) phase shift, namely at the interval of the first number of periodic intervals 51 or at the interval of the second number of periodic intervals 55, phase shifted by 90O. While the winding sections of the sinusoidal winding 18 are each arranged at periodic intervals 51, the Winding sections for the cosine winding 19 are arranged at periodic intervals 55. The distances are intervals 50 and 54 as shown in FIG.
The section spacing C between the two middle sections 8 and 9 is typically selected as nP according to US Pat. No. 2,915,722. Here, n represents the even number of active conductors per section and P is the reference half cycle. The distance C selected in this way ensures that the sine and cosine turns 18 and 19 each have the same number of turn sections symmetrically with respect to the center line between sections 8 and 9.
2a shows the upper of the two layers or plies of a multilayer, multiphase component according to the invention. 2a and 2b show, on a scale of approximately one and a half the real size, a slide according to a preferred embodiment of the invention. Fig. 2b shows the lower layer. which is used in cooperation with the upper layer according to FIG. 2a. The layer in FIGS. 2a and 2b has a central distance C in the order of magnitude of 0.505 cm. where the distance p between active conductors is on the order of 0.084 cm. The distances between the sections S are 0.381 cm. The width b of a typical active conductor 3-58 is approximately one third p or 0.028 cm. Accordingly, the gap s between active conductors is equal to p minus b or b is equal to 2s.
The upper layer 66 or layer in Fig. 2a consists of 24 active conductors, similar to the conductor 3-58a shown as a typical example, which individually at least parts of turn sections 101, 103, 104, 107, 108, 111, 11 '. 113, 116, 117, 120, 121 and 124 form. The active leaders each have a preliminary code corresponding to the previously used code. Several turn sections are omitted between the turn sections. so that there are gaps or free spaces there. in a periodic arrangement there would normally be winding sections.
In particular, turn sections are omitted between the turn sections 101 and 103, 104 and 107, 108 and 111, 113 and 116, 117 and 120, and 121 and 124.
In a corresponding manner, the lower layer or ply 67 comprises at least parts of turn sections 101, 102, 105, 106, 109, 110, 114, 115, 118, 119, 122, 123 and 124.
As can be seen from FIG. 2b, between the winding sections 102 and 105, 106 and 109, 110 and 114, 115 and 118, and 119 and 122 winding sections are omitted which would be arranged there in a periodic arrangement, so that gaps or gaps at these locations. vacancies arise.
The turn sections 101 and 124 are formed by active conductors 1-58 (a), 1-58 (b). -1-58 (a) and 24-58 (b) of each of the layers of Figures 7a and 7b. The active conductors of one layer of the winding sections 101 and 124 are located at locations in the other layer where the corresponding active conductor is missing, that is to say is left out. This means that the turn section 101 is formed by an active conductor 1-58 (a) in the upper layer 66 together with the active conductor 1-58 (b) of the lower layer 67. In a corresponding manner, the active conductor 24- 58 (a) are arranged in the upper layer 66 and the active conductors 24-58 (b) are arranged in the lower layer 67 and both together form the turn portion 124.
To ensure a connection through the layers, the active conductor 1-58 (a) ends at tap 140 and the active conductor 1-58 (b) at tap 140 '. A second connection between the layers is provided between the turn section 121 and the turn section 123 by means of the connections 141 and 1411.
If the layers according to FIGS. 2a and 2b are arranged one above the other, as is partially shown in FIG. 3, then the taps 140 and 141 are connected to the taps 140 and 141 by known means. For example, a hole 70 is drilled through the tap 140 of the upper layer and enables a soldered connection 71 to the lower tap 140 '.
FIG. 3 shows a part of the upper layer 66 of FIG. 2a superimposed over a part of the lower layer 67 according to FIG
Figure 2b. The two layers are slightly shifted from one another in the illustration so that the lower layer is on top of the
Drawing is visible. Although not shown superimposed, the inactive conductor 74 is the layer
66, which connects the turn section 101 with the Windungsab section 103, arranged exactly above the inactive conductor 75, which connects the turn section 101 with the turn section 105. In the same way, the inactive conductor 77 of the turn section 104 is arranged exactly above the inactive conductor 78 of the turn section 102.
The purpose of stacking the inactive conductors of the two layers is to reduce undesirable couplings otherwise caused by the inactive conductors. In addition to being arranged one above the other, the inactive conductors are generally connected in such a way that they carry current in opposite directions. For example, the magnetic field generated by a current through the inactive conductor 74 is effectively canceled by a corresponding field, which by an oppositely directed
Current is generated through the inactive conductor 75.
It is evident that the currents are equal and opposite
Direction, since the active conductors 1-58 (a) and 1-5E (b) are connected in series through the connection 71 between the layers by means of the connections 140 and 140. FIGS. 2a and 2b in connection with the partial view according to FIG 3 show that the same but opposite current ratios exist between most of the inactive conductors of the upper layer 66 and the lower layer 67, which are arranged one above the other. For example, a current of the same size, but in the opposite direction, runs in the inactive conductors 77 and 78 arranged one above the other.
It can be clearly seen from FIG. 3 that the turn sections (the active conductor parts) of one of the two layers are arranged at the points where turn sections are missing in the other layer (with continuous arrangement). For example, the turn sections 103 and 104 of the upper layer 66 are arranged in the turn sections
102 and 105 of the lower layer 67. Similarly, the turn portion 102 and the active conductor 1-58 (b) of the lower layer 67 occur in the space left by turns between the turn portions 103 and the active conductor 1-58 (a). the top layer 66.
If the upper layer 66 and the lower layer 67 are arranged one above the other, as FIG. 3 shows, then the taps 140 and 140 (as well as the taps 141 and 141 ', not shown in FIG. 3) are connected to one another via a through junction 71 passing through the layer so that continuous sine and cosine turns are formed.
The sine turn ends at tap 84 of upper layer 66 and tap 83 of lower layer 67. The continuous cosine turn ends in a corresponding manner at tap 82 of upper layer 66 and tap 81 of lower layer 67. Analogous to the interconnection between taps 140 and 140 ', the taps 81, 82, 83 and 84 are interconnected with the corresponding taps 811, 82', 83 and 84X in order to form connections to the outside.
With the connections between the layers at the taps, the sine turn is formed by section 101, 103, 105, 107, 109, 111, 114, 116, 118, 120,
122 and 124. Similarly, the cosine winding comprises winding sections 102, 104, 106, 108, 110, 112, 113, 115, 117, 119, 121 and 123. It is clearly visible that a composite winding arranged in an upper layer 66 and a lower layer 67, sine and cosine turns, interposed, in which there are an equal number of active conductors per layer and further in which there are in each layer the same number of active conductors associated with the sine and cosine turn sections.
The superimposed printed circuit board layers in FIG. 3 have a complementary arrangement of active conductors when viewed as composite, uniformly spaced active conductors of a sine and cosine turn. Furthermore, the interdigitation of the sine and cosine winding sections in the winding sections 112 and 113 is reversed, in accordance with the teaching of US Pat. No. 2,915,722.
As a result of the symmetrical arrangement with an equal number of active conductors per layer, with the same number of active conductors in the sections that are assigned to the sine turn and the cosine turn in each layer and through the interdigitation of the turn sections, the required accuracy is with which the layers must be arranged one above the other during manufacture, reduced. A shift of one layer with respect to the other layer is tolerable, since undesired induced stresses caused by such a shift cancel each other out. These undesirable voltages are essentially eliminated by equal but opposing signals induced in each of the sine and cosine turns, with the effect of canceling one another.
For example, the current entering terminal 81 in FIG. 2b travels from right to left along inactive conductor 78 and through each of sections 102, 106, 110, 115, 116 and 123 to terminal 1411. If the layer of FIG is over the layer of FIG. 2b, as shown in FIG. 3, then the terminal 141 is connected to the terminal 141 so that the current entering at the terminal 81 through the sections 121, 117, 113, 112, 108 and 124 passes through and then migrates from left to right along the inactive conductor 77 to the connection 82.
This results in mutual deletion, since z. B. in the inactive conductors 77 and 78 the same current, but flows in the opposite direction.
In Fig. 2c part of a single-phase winding 126 is shown, its relative size and position with respect to the multi-phase winding is shown in Fig. 2a. Only a part of this single-phase winding 126 is shown, this winding having a substantially greater length in practice and extending beyond the winding sections 101 and 124.
4 shows a side view of a multi-phase component 149 consisting of several layers, which is arranged over a component 151 with a single-phase winding.
The part 149 usually consists of a base part 144 which is made of a relatively thick and rigid material such as metal or glass. A first insulating layer 67i is connected to the base part 144 via an adhesive layer 145. This layer corresponds to the lower layer 67 according to FIG. 2b. The layer 67 consists of an insulating material 67 (a) with a conductor layer 67 (b). This latter layer comprises turn sections, taps and the other conductors, as shown in Fig. 2b.
On the insulating layer 67 there is an adhesive layer 46 for holding an insulating layer 66X, which corresponds to the upper layer 66 according to FIG. 2a. The insulating layer 66, like the insulating layer 67 ', consists of an insulating material 66 (a) and a conductor layer 66' (b). The latter layer comprises the turn sections, the taps and the other inactive conductors, as can be seen in FIG. 2a.
An insulating layer 68, which serves as electrostatic protection, is connected to the insulating layer 66 via an adhesive layer 147. The insulating layer 68 comprises an insulator 68a and a conductor layer 68b, the latter being designed as a conductor and consisting, for example, of an aluminum foil.
The insulating layer 68 corresponds to that described in US Pat. No. 3,090,934.
The base part 144 and the layers 145, 67, 146, 66, 147 and 68 fastened thereon consist of a first component which comprises a first and a second insulating layer 66X, 67 with turns in a co-function, each of the layers 66 and 67 ' comprises a number vn of turn sections of a first and a second co-function, as was explained in connection with FIGS. 2a and 2b. Furthermore, each insulating layer 66 and 67 is arranged so that the active conductors and the turn portions of one of the layers are arranged over the locations where the active conductors and turn portions of the other layer are recessed.
Part 149 is located near part 151. Parts 149 and 151 are separated from one another by an air gap 150. Part 151 comprises a base part 154, which is usually made of metal or glass. A suitable metal base is described in US Pat. No. 3,202,948. An insulating layer 126 is connected to the base 154 by an adhesive layer 128. The insulating layer 126 includes a
Insulator 126 (a) with a conductor layer 126 '(b). The latter has a configuration which corresponds to the single-phase winding 126 in FIG. 2a.
The parts 149 and 151 can be moved relative to one another, so that the turns of the insulating layers 66 ', 67' and 126 'are inductively coupled to one another.
Although a wide range of dimensions is possible, the typical dimensions of the base parts and layers according to FIG. 4 have the following dimensions:
Part No.Dimension (cm)
144 0.930
145 0.0013
67'a 0.0051
67'b 0.0025
146 0.0013
66'a 0.0051
66'b 0.0025
147 0.0013
68a 0.0025
68b 0.0025
150 (air gap) 0.013
126'b 0.00'5
126a 0.0051
128 0.0013
154 0.930
The mode of operation of the arrangement is as follows:
The on the basis of Fig. La. 1b.2a. The position transducer described in 7b, 3 and 4 is used to display the relative position of two parts.
The two parts are usually rigidly connected to two relatively movable parts of a device, such as a machine tool, and it is therefore possible to use such a position transducer to detect the relative position of two mutually movable parts of a machine tool.
To measure the relative position, a signal is applied to the connections 40 and 41 of the continuous winding 39 according to FIG. 1b in the position measuring transformer as shown schematically in FIGS. 1 a and 1 b. With such a signal applied to the connections 40 and 41 in the position according to FIG. 1b, a maximum signal is induced in the sine turn 18 and a minimum signal in the cosine turn 19. The maximum signal is induced in the sine turn 18, since each of the active conductors - 27 and -28 of each turn section of the sinusoidal turn 18 is symmetrically arranged between two parallel active conductors 43 of the continuous turn 39, so that the induced voltages in each of the active conductors -27, 28 are equal and add up.
In comparison, the active conductors -27 and -28 of each of the winding sections of the cosine turn 19 are in a position in which they are arranged symmetrically in each case with respect to an individual active conductor 43 of the continuous winding 39, so that the active conductors -27 and -28 induced voltages are equal but oppositely directed, so that they cancel each other out and the resulting signal becomes zero.
If, according to FIG. 1c, the continuous winding 39 is displaced relative to the sine winding 18 and to the cosine winding 19 of FIG. 1 a with respect to the position of the continuous winding 39 in FIG. 1 b, the displacement of the continuous winding 39 in relation to the continuous winding 39 1b is equal to a quarter cycle of the continuous winding 39, then the following relationships arise:
The current flowing in the continuous winding 39 of FIG. 1c between the connections 41 and 40 induces a minimum signal between the connections 20 and 21 of the sine winding 18 and a maximum signal is produced at the connections 23 and 24 of the cosine winding 19.
When the continuous winding 39 of Fig. 1b is shifted to a position between that shown in Figs. 1b and 1c, the amplitude of the signals appearing at the terminals 23 and 24 and at the terminals 20 and 21 is proportionally variable. If the continuous winding 39 is, for example, in the middle between the layers according to FIGS. 1b and 1c, the signals at the connections 23 and 24 and at the connections 20 and 21 are of the same size. It is known that, calculated over a cycle, relatively identical signals arise.
The above description deals with the operation of a position transmitter as a transmitter; H. as a transmitter or transducer. Such position transducers can, however, also often be used as receivers. When operated as a receiver, a sinusoidal signal is present between the connections 23 and 24 of the arrangement according to FIGS. 1 a and 1 b and also between the connections 20 and 21. For certain (identical) amplitudes of such input signals, a sinusoidal error signal is generated between the connections 40 and 41, the amplitude of which represents a function of the relative position of the parts according to FIGS.
FIG. 5 shows a rotating embodiment of a component 218 which is constructed from several layers or plies, has 16 turn sections, is multiphase and in particular has two phases. The part 218 comprises winding sections 201, 202, 216. These winding sections are connected to form a sinusoidal winding 220 which comprises the winding sections 201, 203, 205, 207, 209, 211, 213 and 215. Furthermore, they are connected to form sinusoidal windings 221, consisting of winding sections 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214 and 216. As shown in FIGS , while the corresponding parts of the other layer are shown in dashed lines.
For example, the active conductor 225 of the turn section 215 is the inactive conductor 226, which connects the active conductor 225 to the turn section 201.
and the turn portion 201 arranged in one layer.
In a corresponding manner, the active conductor 228 of the turn section 215, the inactive conductor 229, which connects the active conductor 228 to the turn section 203, and the turn section 203 are arranged in the other layer.
The opening in part of the winding sections 212, 213, 214, 215 and 216 shows part of a single-phase component 232 with a continuous single-phase winding 231. The winding 231 consists of a plurality of radially running, equally spaced, series-connected active conductors 233 The active conductors 233 have a pitch PS which, in the case of a rotating arrangement, represents the angular dimension between the active conductors. It should be noted in this context that, with reference to FIG. 1b, the division P is to be understood as a linear distance.
The winding sections of the multiphase part 218 are oriented with winding spacings SX, the winding spacing S being related in a certain way relative to the pitch Pi of the active conductors! Of the single-phase component 232.
In the case of FIG. 5, SZ is equal to one and a half times P '. In this way, a 90 ° phase relationship arises between the sine winding 220 and the cosine winding 221. As already discussed in connection with FIGS. 1 a, 1 b and 1 c, other distances can also be used in order to establish different phase relationships between the single-phase winding and the multi-phase windings receive.
In connection with FIG. 5, it should be noted that the turn sections which are assigned to the sine turn 220 are arranged between the turn sections which are assigned to the cosine turn 221. Furthermore, the same number of active conductors, which are assigned to the sine turn 220, appear in the conductor layer 223 (dashed) and in the other conductor layer 224 (solid line) and furthermore, an equal number of active conductors, which are assigned to the cosine turn 221, appear in the a conductor layer 223 and arranged in the conductor layer 224. Furthermore, the two layers of the multiphase component 218 have active conductors and turn sections which are arranged one above the other, with those of the one conductor layer being arranged in the spaces of the other conductor layer, in which conductors or
Turn sections are omitted.
In order to connect the sections of the conductors to one another and to produce the desired co-function, taps 239 and 240 are provided in the layer 224 and taps 239 and 240i in the other conductor layer 223. A soldering or other electrical connection is provided between the taps 239 and 239 'and between 240 and 240'. Furthermore, connections 243 and 244 for the sine turn 220 and connections 246 and 247 for the cosine turn 221 are provided so that a connection to the outside is possible.
Figures 6a and 6b show an upper layer 366 and a lower layer 367, corresponding to the layers shown in Figures 2a and 2b. The layers of FIGS. 6a and 6b differ from those of FIGS. 2a and 2b in that they are designed without large taps for the connections between the layers and the inactive conductors, which connect the active conductors to one another, are arranged symmetrically. The active conductors 357, 357Z, 357 "and 357t of FIG. 6 correspond to the active conductors -58 in FIGS. 2a and 2b.
The outboard active conductors 358 (a) and 358 (a) of the top layer 366 and the terminal active conductors 358 (b) and 358 '(b) are the same as the terminal active conductors in Figures 2a and 2b . However, the active conductors 358 (a) and 358 (b) do not end in large taps, but rather merge into inactive conductors 359 (a) and 359 (b), which are used to establish a connection between the layers.
Likewise, the active conductor 361 of the upper layer 366 does not end in a large tap (similar to the tap 141 in FIG. 2a), but merely runs long enough to overlap the end of the active conductor 358 of the lower layer 357 when the upper layer 366 overlies lower layer 367. Taps and other irregularities in the inactive conductors according to FIGS. 2a and 2b are avoided in the embodiment according to FIG.
FIG. 7 shows a relatively movable component 325 with a multi-phase winding 328, consisting of an upper layer 366 according to FIG. 6a and a lower layer 367 according to FIG. 6b, which are fastened to the underside of a carrier part 320. The part 325 is relatively movable to the component 332. The component 332 comprises a single-phase winding 326 with active conductors like the conductors 330, 330Z, 330fig which have a greater length than z. B. the active conductors 357, 357, and thus the polyphase winding 328.
Since the active conductors, such as the active conductor 330, have a greater length, it is important that there are no undesirable conductor areas in the polyphase turns 328 which could inductively couple with these active conductors, since this could cause undesired error signals. The multi-phase component 325 has a multi-phase winding 328 without the aforementioned taps and other irregularities in the area of the single-phase winding and therefore does not generate any undesired error signals. In addition, the multi-phase winding 328 can be used together with a single-phase winding 126 according to FIG. 1c, where the active conductors 351 are shorter than the active conductors of FIG. 7.
However, multi-phase components with layers similar to those of Figures 2a and 2b are desirably not used with components having active conductors of a length equal to that of the active conductors 330, the length of which is shorter than the length of the active conductors -58 in Figure 2a and 2b, because in this case the taps and other non-compensable conductive areas would lead to an undesired inductive coupling.
The turn sections of all multiphase turns, as described above with reference to the exemplary embodiments, comprise two coupling conductors per section. However, it is easily possible for several coupling conductors to be used per section. The term winding section, or simply said section, is part of a transformer winding which, when connected to other sections, forms a complete transformer winding. The sections are typically formed from one or more active conductors physically disposed on one component so that when another component is nearby, those active conductors inductively couple to the active conductors of the other component. When there are two active conductors per section, the sections are often referred to as U-sections.
However, when there are four conductors per section, these sections are often referred to as W sections.
The W-sections comprise two central active conductors and two external active conductors, so a total of four active conductors. For example, with reference to FIG. 1 a, each section 1 to 16 can be replaced by a W section.
In this case, the distance between the sections S is measured as the distance of the center line between two central active conductors of two consecutive W-sections.
When replacing the U-sections in Fig. 1 with W-section 1, it should be noted that the connections of the connections or taps from the upper to the lower edge are achieved by arranging the active conductors of a single section in different layers, in the same way how this was done with respect to the winding sections 1 and 16 in Fig. la. Basically, one W section essentially corresponds to two U sections. Therefore, any one of the U-sections within a W-section can be formed from an active conductor of the one and the other layer in a corresponding manner as the winding sections 1 and 16 in Fig. La. The connection of the different winding levels is effected by these active conductors of a section in different layers.
Although FIG. 4 shows a multilayer component with two turns, the invention can also be implemented in other exemplary embodiments. For example, the insulating layers 66 'and 67' in FIG. 4 have been referred to as composites of conductive layers 66'b and 67'b which are disposed on an insulating layer 66'a and 67'a, respectively. Instead of this arrangement, a single insulating layer made of plastic can also be used with a conductor layer on each side.
In the exemplary embodiments shown, the active conductors of one layer are arranged in the areas where the active conductors of the other conductor layer are omitted.
These vacated spaces can of course be filled with
Conductors identical to those of the active conductors, with the exception that they are not connected at both ends and thus cannot conduct electricity.
Such non-connected conductors can be used as mechanical carriers without any electrical influence on the
Serve position measuring transformer.
Although the invention has been described in terms of a
Direct current signal and electromagnetic energy transmission, the invention can be applied in the same way in an alternating current excitation and / or an electrostatic energy transmission.