DE1133907B

DE1133907B - Arrangement for converting a signal formed by an angular rotation of a shaft into a direct current and vice versa

Info

Publication number: DE1133907B
Application number: DEW22047A
Authority: DE
Inventors: Rosswell Ward Gilbert
Original assignee: Daystrom Inc
Current assignee: Daystrom Inc
Priority date: 1956-10-08
Filing date: 1957-10-08
Publication date: 1962-07-26

Description

Anordnung zur Umwandlung eines durch eine winkelmäßige Verdrehung einerWelle gebildeten Signals in einen Gleichstrom und umgekehrt Es sind zur induktiven Fernübertragung von Bewegungsgrößen Wandlereinrichtungen bekannt, bei denen die Wandlerwirkung auf der gegenseitigen Induktion zweier oder mehrerer Spulen beruht, die durch magnetische Felder miteinander verkettet sind. Im allgemeinen wird bei derartigen Anordnun-,en 13 eine Drehspule mechanisch verstellt, und die dem Anzeigeinstrument zugeführte Signalgröße ist von der Stellung der Positionsgeberspule abhängig.Arrangement for converting a through an angular rotation A wave formed signal into a direct current and vice versa It are for inductive Teletransmission of motion variables known converter devices in which the The transducer effect is based on the mutual induction of two or more coils, that are linked together by magnetic fields. In general, Such arrangements 13 a moving coil mechanically adjusted, and the indicating instrument The signal size supplied depends on the position of the position transmitter coil.

Derartige Anordnungen sind im allgemeinen so getroffen, daß die Positionsgeberspule aus ihrer Ruhelage bei der übermittlung eines Signalwertes herausgedreht wird. Dies trifft auch auf Umwandleranordnung des Galvanometertyps zu, bei denen ein Gleichstromsignal in eine winkelmäßige Verdrehung des Zeigers des Anzeigeinstrumentes umgewandelt wird. Auch hier wird die Drehspule bei der Umwandlung eines Signals aus ihrer Ruhelage herausbewegt.Such arrangements are generally made so that the position transmitter coil is rotated out of its rest position when transmitting a signal value. this also applies to galvanometer-type transducer assemblies that use a direct current signal converted into an angular rotation of the pointer of the indicating instrument will. Here, too, the moving coil moves out of its rest position when converting a signal moved out.

Bei der Erfindung handelt es sich im Gegensatz dazu um Drehspulensysteme, bei denen bei der Signalübertragung die Drehspule in einem Maß, wie es servomechanischen Anordnungen eigen ist, in ihre Ruhelage zurückgedreht wird.In contrast to this, the invention concerns moving coil systems, in the case of signal transmission the moving coil to the extent that it is servomechanical Arrangements is peculiar to is turned back to its rest position.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Umwandlung eines durch eine winkelmäßige Verdrehung einer Welle gebildeten Signals in einen Gleichstrom kennzeichnet sich dadurch, daß in einem konstanten ma-- etischen Feld und einem zu demselben parallelen, von einer äußeren Wechselstromquelle erzeugten magnetischen Wechselstromfeld eine Drehspule angeordnet ist, deren Windungsebene in der Ruhelage parallel zu den genannten Feldern liegt und die mittels einer ein Drehmoment bewirkenden Feder mit der Welle, welche die den Gleichstrom umzuwandelnde winkelmäßige Verdrehung erfährt, gekoppelt ist, und so daß der der Drehspule zugeführte Gleichstrom ein Maß für die Verdrehung der Drehspule ist.An arrangement according to the invention for converting a through an angular Rotation of a wave formed signal in a direct current is characterized by the fact that in a constant mechanical field and one parallel to the same, a magnetic alternating current field generated by an external alternating current source Moving coil is arranged, the winding plane of which in the rest position is parallel to the said Fields and which by means of a spring causing a torque with the shaft, which experiences the angular rotation to be converted into the direct current, coupled is, and so that the direct current supplied to the moving coil is a measure of the rotation the moving coil is.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist daher derart, daß durch die Drehung der winkelmäßig verstellten Welle die die Drehspule mit der Welle koppelnde Torsionsfeder gespannt wird und dadurch die Drehspule das Bestreben hat, sich aus ihrer Ruhelage, in der das Wechselstromfeld nicht induzierend auf sie wirkt, herauszudrehen. Bei einem Herausdrehen der Drehspule aus ihrer Ruhelage wird aber ein Wechselstrom durch das Wechselstromfeld in der Spule erzeugt, und dieser Wechselstrom wird gleichgerichtet und einerseits als Anzeigestrom verwendet und andererseits in gegenkoppelnder Weise der Drehspule wieder zugeführt, so daß der erzeugte Gleichstrom das Bestreben hat, die Drehspule wieder in ihre Ruhelage zurückzudrehen.The operation of the arrangement is therefore such that by rotation of the angularly adjusted shaft, the torsion spring coupling the moving coil to the shaft is tensioned and thereby the moving coil has the tendency to move out of its rest position, in which the alternating current field does not have an inducing effect on them. at however, an alternating current is generated when the moving coil is turned out of its rest position the alternating current field is generated in the coil, and this alternating current is rectified and on the one hand used as a display current and on the other hand in a negative feedback manner fed back to the moving coil so that the generated direct current tends to to turn the moving coil back into its rest position.

In umgekehrter funktioneller Wirkungsweise charakterisiert sich eine erfindungsgemäße Anordnung zur Umwandlung eines durch einen Gleichstrom gebildeten Signals in eine winkelmäßige Verdrehung einer Welle dadurch, daß in einem konstanten magnetischen Feld und einem zu demselben parallelen, von einer äußeren Wechselstromquelle erzeugten magnetischen Wechselstromfeld eine Drehspule angeordnet ist, deren Windungsebene in der Ruhelage parallel zu den genannten Feldern liegt, und daß der Gleichstrom der Drehspule zwecks Erzeugung eines Drehmomentes zugeführt wird und die bei Verdrehen in derselben von der äußeren Wechselstromquelle induzierte Wechselspannung einen Wechselstromverstellmotor erregt, dessen Rotorwelle über eine Feder ein mechanisches Drehmoment auf die Drehspule ausübt und dieselbe zurück verstellt.A is characterized in the opposite functional mode of action Arrangement according to the invention for converting a formed by a direct current Signal in an angular rotation of a shaft by being in a constant magnetic field and one parallel to the same, from an external alternating current source generated magnetic alternating current field a rotating coil is arranged, whose winding plane in the rest position is parallel to the mentioned fields, and that the direct current the moving coil is supplied for the purpose of generating a torque and when twisting an alternating voltage induced in the same by the external alternating current source Alternating current variable motor energized, the rotor shaft of which is a mechanical one via a spring Torque exerts on the moving coil and adjusted the same back.

Auch bei der letztgenannten Anordnung handelt es sich darum, daß die umzuwandelnde Signalgröße im Sinne einer Verstellung der Drehspule aus ihrer Ruhelage heraus wirkt, daß aber eine solche Verstellung mit einer Induktion eines Wechselstromes in der Drehspule verbunden ist und der das Ausgangssystem beeinflussende Wechselstrom über letzteres so auf die Drehspule über eine Torsionsfeder zurückwirkt, daß dadurch eine Gegenkopplung und Rückstellung der Drehspule in Richtung auf ihre Ruhelage sich ergibt.Also in the latter arrangement it is a question of the fact that the Signal variable to be converted in the sense of moving the moving coil from its rest position works out, but such an adjustment with an induction of an alternating current is connected in the moving coil and the alternating current influencing the output system about the latter so acts on the moving coil via a torsion spring, that thereby a negative feedback and resetting of the moving coil in the direction of their Rest position results.

Eine praktische Anwendung der letztgenannten Ausführungsform der Erfindung ist beispielsweise ein Registriergerät zur kontinuierlichen Aufzeichnung eines sich ändernden Gleichstromes, wobei der genannte Verstellmotor den Schreibstift der Registriervorrichtung betätigt.A practical application of the latter embodiment of the invention is for example a recorder for the continuous recording of a self changing direct current, said adjusting motor driving the pen of the recording device actuated.

Eine praktische Anwendung der erstgenannten Ausführungsforni der Erfindung liegt insbesondere bei Analog-Rechengeräten, bei denen ein von der Stellung einer Welle abhängendes Gleichstromsignal zwecks weiterer Verarbeitung erzeugt werden soll.A practical application of the former embodiment of the invention is particularly in analog computing devices, in which one of the position of a Wave-dependent direct current signal can be generated for the purpose of further processing target.

Die Erfindung ist in mehreren Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Wiedergabe eines elektromechanischen Umformgerätes, welches als Funktion der Stellung einer drehbaren Welle einen Ausgangsstrom liefert, Fig. 2 eine Seitenansicht einer Magnetanordnung, wobei auch die drehbar angeordnete Spule zu erkennen ist, zu dem Zwecke, zu zeigen, wie ein sich änderndes magnetisches Feld in dem magnetischen Luftspalt, in welchem die Spule sich dreht, erzeugt wird, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gerätes, welches eine bestimmte Stellung einer Welle in funktioneller Abhängigkeit eines Eingangsstromes erzeugte Fig. 4 eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines elektromechanischen Umformgerätes, Fig. 5 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Umformgerätes gemäß Fig. 4.The invention is illustrated in several exemplary embodiments in the following description and the figures. 1 shows a schematic representation of an electromechanical converter which supplies an output current as a function of the position of a rotatable shaft a changing magnetic field in the magnetic air gap, in which the coil turns is generated, Fig. 3 is a schematic representation of a device according to the invention, which has a certain position of a shaft in functional dependence of an input current generated Fig. 4 is a side view of an embodiment of a electromechanical shaping device, FIG. 5 is an exploded perspective view of a shaping device according to FIG. 4.

In Fig. 1 wird durch das Bezugszeichen 1 das elektromechanische Umformgerät dargestellt, welches dem Zwecke dient, eine Stellung in einen Strom umzuformen; die Stellung der Welle 2 bestimmt die Größe und die Polarität eines Ausgangsgleichstromes an den Ausgangsklemmen 3. Wie in den Figuren dargestellt, ist ein Amperemeter 4 an die Ausgangsklemmen 3 angeschaltet, zu dem Zweck, eine Anzeige des Ausgangsstromes zu liefern; es kann indessen auch jeder andere Belastungskreis an die Ausgangsklemmen angeschaltet sein, um den Ausgangsstrom des Gerätes nutzbar zu machen.In Fig. 1 , the electromechanical converter is represented by the reference numeral 1 , which is used to convert a position into a current; the position of the shaft 2 determines the magnitude and polarity of an output direct current at the output terminals 3. As shown in the figures, an ammeter 4 is connected to the output terminals 3 for the purpose of providing an indication of the output current; however, any other load circuit can also be connected to the output terminals in order to make the output current of the device usable.

Die Anordnung zur Umwandlung besteht im wesentlichen aus einem Permanentmagneten, einer Drehspulanordnung, die jedoch Mittel besitzt, welche in den Magnetfluß des permanentmagnetischen Feldes eine Wechselfeldkomponente einführen. Der normale konstante Magnetfluß wird von einem Perrnanenttnagneten 6 geliefert, welcher Weicheisenpolstücke 7 besitzt. Der permanente Magnet 6 ist fest an der inneren Wandung eines zylindrischen Weicheisenjoches 8 angeordnet. Eine bewegliche Drahtspule.9 ist drehbar in dem magnetischen Luftspalt, der zwischen dem Magneten 6 und dem Joch 8 gebildet ist, angeordnet, und es sind Stromzuführungen 11 und 12 für die Spule vorgesehen. Die Welle 2 ist über eine Feder mit der Spule 9 verbunden, wobei die Feder eine Spiralfeder ist, es können jedoch auch beliebig andere Federmittel Anwendung finden.The arrangement for conversion consists essentially of a permanent magnet, a moving coil arrangement which, however, has means which introduce an alternating field component into the magnetic flux of the permanent magnetic field. The normal constant magnetic flux is supplied by a permanent magnet 6 which has soft iron pole pieces 7 . The permanent magnet 6 is fixedly arranged on the inner wall of a cylindrical soft iron yoke 8 . A movable wire coil 9 is rotatably arranged in the magnetic air gap which is formed between the magnet 6 and the yoke 8 , and power supply lines 11 and 12 are provided for the coil. The shaft 2 is connected to the coil 9 via a spring, the spring being a spiral spring, but any other spring means can also be used.

Mittels vier Wicklungen 14 wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, wobei die Spulen 14 die Wandungen des zylindrischen magnetischen Körpers 8 umgeben und sich im allgemeinen in Längsrichtung desselben erstrecken. Die Wicklungen 14 bilden dabei die Sekundärwicklungen eines Transformators 16, welcher eine Primärwicklung 17 besitzt, die durch eine geeignete Wechselstromquelle 18 über die Leitungen 19 und 21 erregt wird.An alternating magnetic field is generated by means of four windings 14, the coils 14 surrounding the walls of the cylindrical magnetic body 8 and extending generally in the longitudinal direction of the same. The windings 14 form the secondary windings of a transformer 16 which has a primary winding 17 which is excited by a suitable alternating current source 18 via the lines 19 and 21.

In Fig. 2 ist die bewegliche Spule 9 und die Magnetenanordnung dargestellt. Fig. 2 zeigt, wie ein magnetisches Wechselfeld in dem Magnetspalt erzeugt wird, in welchem sich die bewegliche Spule 9 dreht. Die Polarität der Wicklungen 14 ist derart. daß sich praktisch momentan eine Stromrichtung in den Wicklungen ergibt, wie sie durch die Pfeile 22 angedeutet ist. Ein entsprechender magnetischerFluß wird in einer durch die Pfeile 23 gekennzeichneten Richtung erzeug gt, wobei dieser magnetische Fluß den Luftspalt zwischen den Polen des Permanentmagneten und dem zylindrischen Jochteil 8 durchsetzt. Der magnetische Fluß in dem Luftspalt ändert ständig seine Richtung, da die Wicklungen 14 mit Wechselstrom erregt werden. Es ist offensichtlich, daß die Spule 9 in dem magnetischen Luftspalt, welcher sowohl von dem magnetischen gleichgerichteten Feld des Pennanentmagneten 6 als auch von dem niagnetischen Wechselfeld der Wicklungen 14 durchsetzt wird, sich bewegt.In Fig. 2, the movable coil 9 and the magnet arrangement is shown. Fig. 2 shows how an alternating magnetic field is generated in the magnetic gap in which the movable coil 9 rotates. The polarity of the windings 14 is such. that there is practically momentarily a current direction in the windings, as indicated by the arrows 22. A corresponding magnetic flux is generated in a direction indicated by the arrows 23 , this magnetic flux penetrating the air gap between the poles of the permanent magnet and the cylindrical yoke part 8 . The magnetic flux in the air gap is constantly changing direction as the windings 14 are excited with alternating current. It is obvious that the coil 9 moves in the magnetic air gap, which is penetrated by both the magnetic rectified field of the Pennant magnet 6 and the niagnetic alternating field of the windings 14.

In Fig. 1 ist, wenn die bewegliche Spule sich in ihrer Nullstellung befindet, die Wechselfeldverkettung praktisch Null. Eine Winkelbewegung der Spule 9 bei Drehung der Welle 2, unter Mitwirken der Feder 13 indessen oder auch unter Wirkung eines Gleichstromes, veranlaßt die Spule zu einer Verkettung mit der Wechselstromkomponente des magnetischen Feldes; eine Wechselstromkomponente, welche eine Größe hat, die proportional der Ablenkung der Spule ist, wird daher in der Spule erzeugt. Wird daher ein Drehmoment auf die Spule ausgeübt und dieselbe ausgelenkt, so ergibt sich eine Wechselspannung, welche in einem äußeren Stromkreis, beispielsweise mittels eines Transformators 24, nutzbar gemacht werden kann.In Fig. 1 , when the movable coil is in its zero position, the alternating field concatenation is practically zero. An angular movement of the coil 9 upon rotation of the shaft 2, with the assistance of the spring 13 , however, or with the action of a direct current, causes the coil to be linked to the alternating current component of the magnetic field; an alternating current component having a magnitude proportional to the deflection of the coil is therefore generated in the coil. If, therefore, a torque is exerted on the coil and the same is deflected, an alternating voltage results which can be made usable in an external circuit, for example by means of a transformer 24.

Der Ausgangswechselstrom der beweglichen Spule 9 wird der Primärspule 26 eines Transformators 24 zugeführt. Eine Kapazität 27 ist in dem Transformatorstromkreis vorgesehen, wobei die Kapazität dazu dient, den Transformator 24 abzustimmen, dergestalt, daß der SteRungsstromumformer mit höchster Empfindlichkeit betrieben werden kann. Der Ausgangswechselstrom des Transformators wird der Transformatorsekundärwicklung 28 entnommen und einem Verstärker 29 zugeführt. Dieser Verstärker ist mit einem Phasengleichrichter 30 verbunden, welcher das Wechselstromsignal in ein Gleichstromsignal umformt. Um die geeignete Polarität des Gleichstromsignals zu erhalten, erhält der Gleichrichter 30 eine Phasenbezugsspannung von der Wechselstromquelle 18 über die Leitungen 31 und 32 zugeführt. Das Gleichstromsignal wird dann mit Hilfe des Filters 33 ausgesondert. Der Verstärker, der Gleichrichter und das Filter sind nur in Blockforrn dargestellt, da die betreffenden Stromkreisanordnungen, welche erforderlich sind, um das Wechselstromsignal der Spule 9 in ein Gleichstromsignal zu überführen, für das Verständnis der Wirkungsweise der Erfindung als bekannt vorausgesetzt werden können. Der Verstärker, der Gleichrichter und das Filter können von einer beliebigen üblichen Bauart sein, sie sind alle an eine gemeinsame Erdleitung 36 angeschlossen, an die auch der Transformator 24 und die drehbare Spule 9 an(yeschlossen sind: der Verstärker erhält eine positive Spannung über eine Leitung 37 zugeführt.The alternating current output of the movable coil 9 is supplied to the primary coil 26 of a transformer 24. A capacitance 27 is provided in the transformer circuit, the capacitance serving to tune the transformer 24 in such a way that the control current converter can be operated with the highest sensitivity. The output alternating current of the transformer is taken from the transformer secondary winding 28 and fed to an amplifier 29. This amplifier is connected to a phase rectifier 30 which converts the alternating current signal into a direct current signal. In order to obtain the appropriate polarity of the direct current signal, the rectifier 30 receives a phase reference voltage supplied from the alternating current source 18 via the lines 31 and 32. The direct current signal is then filtered out with the aid of the filter 33. The amplifier, the rectifier and the filter are only shown in block form, since the relevant circuit arrangements, which are required to convert the alternating current signal of the coil 9 into a direct current signal, can be assumed to be known for an understanding of the mode of operation of the invention. The amplifier, rectifier and filter can be of any conventional type, they are all connected to a common ground line 36 to which the transformer 24 and the rotatable coil 9 are also connected: the amplifier receives a positive voltage via a Line 37 supplied.

Der Gleichstrom wird von dem Filter 33 durch ein Amperemeter 4 oder eine sonst geeignete Bejastung geleitet, von dort über die Leitung 38 und die Transformatorprimärspule 26 zu der drehbaren Spule 9 geführt, von der Spule 9 fließt der Strom zu der gemeinsamen Erdverbindung 36 ab. Das Gleichstromsignal wird der Spule 9 in einer Richtung zugeführt, welche entgegengesetzt der Wirkung des Drehmomentes ist, welches durch Drehen der Welle 2 erzeugt wird. Das Gleichstromsignal bewirkt daher ein Gegendrehmoment der Spule 9, dergestalt, daß die Spule im wesentlichen in ihrer Null-Lage gehalten wird, gleichgültig, wie groß das Drehmoment ist, welches auf die Spule über die Feder 13 bei Drehen der Welle 2 ausgeübt wird. Die Größe des Gleichstromes, welche die Spule 9 ausbalanciert hält, ist ein Maß für die Größe der Drehung der Welle 2, wobei die Polarität des Gleichstromsignals eine Anzeige für die Drehrichtung der Welle ist.The direct current is passed from the filter 33 through an ammeter 4 or some other suitable air conditioning, from there via the line 38 and the transformer primary coil 26 to the rotatable coil 9 ; the current flows from the coil 9 to the common ground connection 36 . The direct current signal is fed to the coil 9 in a direction which is opposite to the effect of the torque which is generated by rotating the shaft 2. The direct current signal therefore causes a counter-torque of the coil 9 in such a way that the coil is held essentially in its zero position, no matter how great the torque is which is exerted on the coil via the spring 13 when the shaft 2 rotates. The magnitude of the direct current which keeps the coil 9 balanced is a measure of the magnitude of the rotation of the shaft 2, the polarity of the direct current signal being an indication of the direction of rotation of the shaft.

Eine zweite Anwendung der Anordnung gemäß Fig. 3 zur Umwandlung einer gegebenen Ausgangsgröße ist charakterisiert durch die umgekehrte Wirkungsweise, wobei die Polarität und die Größe eines Eingangsgleichstromes die Stellung der Welle bestimmt. In Fig. 3 bezeichnet wiederum 1 die Umformanordnung, die im wesentlichen aus den gleichen Teilen besteht wie die in Fig. 1 dargestellte Anordnung. Bei der Stromkreisanordnung gemäß Fig. 3 wird ein Eingangsgleichstrom, der an den Klemmen 31 zugeführt wird, dazu benutzt, die Stellung der Welle 2 des Stellungsstromumformers zu beeinflussen.A second application of the arrangement according to FIG. 3 for converting a given output variable is characterized by the reverse mode of operation, the polarity and the size of an input direct current determining the position of the shaft. In Fig. 3, in turn 1, the conversion assembly, which consists essentially of the same parts as the arrangement shown in Fig. 1, respectively. In the circuit arrangement according to FIG. 3 , an input direct current, which is fed to the terminals 31 , is used to influence the position of the shaft 2 of the position current converter.

Ein Wechselstrom in den Wicklungen 14 erzeugt ein sich änderndes magnetisches Feld, in welchem die Spule 9 sich bewegt, in ähnlicher Weise wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde. Die Primärwicklung 17 des Transformators 16, welche an die Sekundärwicklung 14 einen Wechselstrom liefert, ist an eine Wechselstromquelle 41 angeschlossen, wobei der Wechselstrom weiterhin die Feldwicklungen 42 eines Wechselstrommotors 43 erregt; der Zweck dieser Anordnung wird sich aus dem Nachfolgenden ergeben.An alternating current in the windings 14 creates a changing magnetic field, in which the coil moves 9, was described in a similar manner as in connection with FIG. 1,. The primary winding 17 of the transformer 16, which supplies an alternating current to the secondary winding 14, is connected to an alternating current source 41, the alternating current further exciting the field windings 42 of an alternating current motor 43; the purpose of this arrangement will appear from the following.

Der Eingangsgleichstrom, welcher den Eingangsklemmen 31 zugeführt wird, wird der Spule 9 über die Primärwicklung 26 des Transformators zugeführt und liefert ein Drehmoment in der Spule 9, durch welches die Spule gedreht wird; die Richtung und die Größe der Drehung hängt von der Polarität und der Stärke des zugeführten Eingangsstromes ab. Bei der Drehung der Spule 9, die sich durch Zuführen des Eingangsgleichstromes ergibt, wird die Spule in entsprechendem Maße mit der Wechselstromkomponente des Magnetfeldes gekoppelt, und auf diese Weise ergibt sich eine Wechselstromkomponente von einem Potential, welches der Größe und Phase nach proportional dem Maß und der Richtung der Drehung der Spule ist, durch Induktionswirkung in der Spule. Die Wechselspannung, die auf diese Weise erzeugt wurde, kann über den Transformator 24 abgeführt werden. Wie im Falle des Stellungsstromumformgerätes gemäß Fig. 1 wird die Ausgangsspannung der Spule 9 der Eingangswicklung 26 des Transformators 24 zugeführt. Die Kapazität 27 ist für die Zwecke der Abstimmun- des Transforma-0 tors vorgesehen. Das Wechselstromsignal, welches von der Sekundärwicklung 28 des Transformators entnommen wird, wird zunächst nüttels des Verstärkers 44 verstärkt und dann der Ankerwicklung des Wechselstrommotors 43 zugeführt, dergestalt, daß die Motorwelle 46 sich in Drehung setzt; die Drehrichtung hängt von der Phase des Wechselstromes ab, welche der Motorwickluno, zugeführt wird. Die Motorwelle 46 kann mittels eines geeigneten Getriebes 47 mit der Welle 2 des Umformgerätes verbunden sein, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, sie kann auch direkt mit der Welle gekoppelt sein. Wie im Falle des Stellungsstromumformgerätes gemäß Fig. 1 ist die Welle 2 mit der Spule 9 über eine Feder 13 verbunden. Bei Verdrehen der Motorwelle 46 wird ein Drehmoment auf die bewegliche Spule 9 ausgeübt, welches proportional dem Maß der Verdrehung der Motorwelle ist. Das auf diese Weise erzeugte Drehmoment gleicht das Drehmoment aus, welches durch den Eingangsgleichstrom hervorgerufen wurde. Es ergibt sich ein Ausgleich der Drehmomente, dergestalt, daß die Spule 9 im wesentlichen in ihrer Nullstellung gehalten wird, gleichgültig wie groß der Eingangsgleichstrom ist, welcher an den Eingangsklemmen 31 zugeführt wird. Man sieht auf diese Weise, daß die Verdrehung der Motorwelle 46 und der Welle 2 eine Funktion der Größe des Eingangsstromes ist.The input direct current, which is fed to the input terminals 31, is fed to the coil 9 via the primary winding 26 of the transformer and provides a torque in the coil 9 by which the coil is rotated; the direction and magnitude of the rotation depends on the polarity and strength of the input current supplied. During the rotation of the coil 9, which results from supplying the input direct current, the coil is coupled to the corresponding extent with the alternating current component of the magnetic field, and in this way an alternating current component results from a potential which is proportional to the size and phase according to the measure and the direction of rotation of the coil, by induction in the coil. The alternating voltage that has been generated in this way can be dissipated via the transformer 24. As in the case of the position converter according to FIG. 1 , the output voltage of the coil 9 is fed to the input winding 26 of the transformer 24. The capacity 27 is provided for the purpose of tuning the transformer. The alternating current signal, which is taken from the secondary winding 28 of the transformer, is first amplified by the amplifier 44 and then fed to the armature winding of the alternating current motor 43, in such a way that the motor shaft 46 starts to rotate; the direction of rotation depends on the phase of the alternating current that is fed to the motor winding. The motor shaft 46 can be connected to the shaft 2 of the converter by means of a suitable gear 47, as shown in FIG. 3 ; it can also be coupled directly to the shaft. As in the case of the position converter according to FIG. 1 , the shaft 2 is connected to the coil 9 via a spring 13 . When the motor shaft 46 is rotated, a torque is exerted on the movable coil 9 which is proportional to the degree of rotation of the motor shaft. The torque generated in this way compensates for the torque caused by the input direct current. The torques are balanced in such a way that the coil 9 is held essentially in its zero position, regardless of how large the input direct current which is fed to the input terminals 31 is. It can be seen in this way that the rotation of the motor shaft 46 and the shaft 2 is a function of the magnitude of the input current.

In Fig. 3 ist eine Aufzeichenanordnung 48 dargestellt, welche mit der Motorwelle 46 gekoppelt ist, dergestalt, daß eine geeignete Ausgangsgröße der Motorwelle 46 entnommen werden kann. Die Ausgangsleistung der Anordnung kann entweder an der Welle 2 oder an dem Getriebe 47 abgenommen werden, da die Drehung dieser Teile funktionell von der Drehung der Motorwelle 46 abhängt. Die Aufzeichenvorrichtung ist der Einfachheit halber als ein sich bewegendes Papierblatt dargestellt, welches mit konstanter linearer Geschwindigkeit durch einen geeigneten Antrieb, der einen Synchronmotor 48 umfaßt, bewegt wird, wobei ein Schreibstift 49 längs des Blattes an einer geeigneten Schnur 50 unter Anwendung entsprechender Rollen bewegt wird, wobei die eine Rolle mechanisch mit einer Scheibe verbunden ist, welche auf der Motorwelle 46 vorgesehen ist. Man sieht unter diesen Umständen, daß die Bewegung des Schreibstiftes der Größe und der Richtung nach dem Eingangsstrom entspricht, welcher der beweglichen Spule 9 der Anordnung zugeführt wird.Referring to Fig. 3 , a recording assembly 48 is shown coupled to the motor shaft 46 such that a suitable output can be obtained from the motor shaft 46. The output of the arrangement can be tapped either at the shaft 2 or at the gearbox 47, since the rotation of these parts is functionally dependent on the rotation of the motor shaft 46. The recording device is shown for simplicity as a moving sheet of paper which is moved at constant linear speed by a suitable drive including a synchronous motor 48, with a pen 49 being moved along the sheet on a suitable cord 50 using appropriate rollers wherein the one roller is mechanically connected to a pulley provided on the motor shaft 46. Under these circumstances it can be seen that the movement of the pen corresponds in size and direction to the input current which is supplied to the movable coil 9 of the arrangement.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß der konstante magnetische Schluß, der durch den Permanentmagneten 46 geliefert wird, und die Federkonstante der Feder 13 die beiden Konstanten des Meßgerätes darstellen, auf welche es zurückgeht, wie stark sich die Welle 2 verdreht, wenn ein bestimmter Eingangsstrom zugeführt wird. Viele bekannte Umformgeräte erfordern die Anwendung einer Normalzelle und eines kalibrierten Widerstandsdrahtes, um einigermaßen Genauigkeit der Ausgangsleistung zu erzielen. Die Anwendung eines Gleitwiderstandes und einer Normalspannungsquelle ist indessen unerwünscht und ist bei der vorliegenden Anordnung nicht erforderlich. Auch in anderer Hinsicht ist die Umformeranordnung als zweckmäßig anzusprechen. Der Str-Ilungsstromumformer kann bei hohen Arbeitsfrequenzen verwendet werden, wobei der Frequenzbereich des Arbeitens im wesentlichen nur durch Bedenken hinsichtlich der auftretenden Wirbelstromverluste begrenzt ist. Unter Anwendung entsprechender Verstärker und Ausnützung entsprechender Resonanz in bezug auf die Arbeitsfrequenz ist es leicht möglich, Rück-kopplungsperioden von der Größenordnung einer Tausendstelsekunde zu halten. Der Wandler, der von einer üblichen Netzfrequenz betrieben wird, besitzt eine hohe Verstärkung von der Größenordnun- von 20 db und liefert ein hohes Eingangsniveau für den Verstärker. Durch Anwendung eines Stellungsstromumforrngerätes gemäß der Erfindung in einem Stromumformgerät, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, lassen sich außerordentlich schnelle und genaue Umformeigenschaften erzielen. Wenn die Welle des Stromumforingerätes gedreht wird, kehrt die Spule 9 im wesentlichen auf ihre Nullstellung in etwa nur 1 Millisekunde zurück, und die Ablenkung der Spule ist nur von der Größenordnung weniger Bogensekunden. Wenn das Umformgerät in einem Stromstellungumfonner benutzt wird, ist die Arbeitsfrequenz im wesentlichen durch den Wechselstrommotor 43 bestimmt, und es sind dementsprechend niedrige Arbeitsfrequenzen erforderlich. Trotzdem bietet die erfindungsgemäße Anordnung wesentliche Vorteile gegenüber den im allgemeinen benutzten Anordnungen, weil die Anwendung eines Gleitwiderstandes und einer Normalzelle entfällt.It should be noted at this point that the constant magnetic closure that is supplied by the permanent magnet 46 and the spring constant of the spring 13 represent the two constants of the measuring device, on which it goes back to how much the shaft 2 rotates when a certain input current is supplied. Many known transducers require the use of a standard cell and a calibrated resistance wire in order to achieve some accuracy of the output power. However, the use of a sliding resistor and a normal voltage source is undesirable and is not required in the present arrangement. The converter arrangement can also be addressed as expedient in other respects. The current converter can be used at high operating frequencies, the operating frequency range being essentially only limited by concerns about the eddy current losses that occur. Using appropriate amplifiers and making use of appropriate resonance with respect to the operating frequency, it is easily possible to keep feedback periods of the order of magnitude of a thousandth of a second. The converter, which is operated by a normal mains frequency, has a high gain of the order of magnitude of 20 db and supplies a high input level for the amplifier. By using a position current converter according to the invention in a current converter, as shown in FIG. 1 , extremely fast and precise forming properties can be achieved. When the shaft of the power converter is rotated, the coil 9 essentially returns to its zero position in about only 1 millisecond and the deflection of the coil is only on the order of a few arcseconds. If the converter is used in a current position converter, the operating frequency is essentially determined by the AC motor 43, and accordingly low operating frequencies are required. Nevertheless, the arrangement according to the invention offers significant advantages over the generally used arrangements, because the use of a sliding resistance and a normal cell is eliminated.

In Fig. 4 und 5 ist eine Seitenansicht und eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Umformgerätes gemäß der Erfindung dargestellt, so daß sich die konstruktiven Einzelheiten ergeben. Auf einer Endplatte 51 ist eine Kappe 52 angeordnet, durch welche sich die Welle 2 erstreckt. Kugellager oder sonst geeignete Lager zur Lagerung der Welle sind in der Nabe 52 vorgesehen. Die Welle 2 ist mit der beweglichen Spule 9 über eine Scheibe 53, einen Stift 54 und eine Feder 13 verbunden. Die Scheibe kann aus Kunststoff bestehen, kann jedoch auch aus anderem Material sein, und besitzt ein Loch, durch welches die Welle 2 geführt ist; die Scheibe wird zwischen einem Flanschring 56 und einer Mutter 57, die auf dem Ende der Welle aufgesehraubt ist, gehalten. Der Stift 54 ist an der Scheibe 53 befestigt, dergestalt, daß der Stift 54 sich im wesentlichen axial erstreckt, dabei können beliebige Befestigungsmittel Anwendung finden. Das eine Ende der Spiralfeder 13 ist mit dem Ende des Stiftes 54 verlötet oder sonstwie verbunden, während das andere Ende der Feder in geeigneter Weise an dem einen Ende des Verbindungsarmes 59 befestigt ist. Das andere Ende des Verbindungsarmes 59 ist mit einem Achszapfen 61 verbunden, der mit der Spule 9 verbunden ist und elektrische Verbindung mit dem einen Ende der Spulenwicklung bildet. Der Achszapfen 61 und ebenso ein zweiter Achszapfen 63 an dem entgegengesetzten Ende der Spule sind zwischen Lagern 66 und 68 drehbar gelagert, so daß die Spule drehbar ist; die Lager 66 und 68 sind auf einer drehbaren, T-förmigen Brücke 67 bzw. einer geraden Brücke 69 angeordnet.4 and 5 show a side view and an exploded perspective view of a shaping device according to the invention, so that the structural details emerge. A cap 52 through which the shaft 2 extends is arranged on an end plate 51. Ball bearings or other suitable bearings for supporting the shaft are provided in the hub 52 . The shaft 2 is connected to the movable spool 9 via a washer 53, a pin 54 and a spring 13 . The disc can be made of plastic, but can also be made of other material, and has a hole through which the shaft 2 is guided; the washer is held between a flange ring 56 and a nut 57 screwed onto the end of the shaft. The pin 54 is fastened to the disk 53 such that the pin 54 extends substantially axially, any fastening means can be used. One end of the spiral spring 13 is soldered or otherwise connected to the end of the pin 54, while the other end of the spring is fastened in a suitable manner to one end of the connecting arm 59. The other end of the connecting arm 59 is connected to a journal 61 which is connected to the coil 9 and forms an electrical connection with one end of the coil winding. The journal 61 and also a second journal 63 at the opposite end of the spool are rotatably mounted between bearings 66 and 68 so that the spool is rotatable; the bearings 66 and 68 are mounted on a rotatable T-shaped bridge 67 and a straight bridge 69 , respectively.

Das Weicheisenjoch 8, welches Zylinderform besitzt und die Spule 9 umgibt, ist in geeigneter Weise an einer Endplatte 74 befestigt, welche wiederum mit Hilfe einer Mehrzahl von Tragpfosten 75 an der Endplatte 51 angeordnet ist. Die T-fönnige Brücke 67 und die gerade Brücke 69 sind an dem zylinderförinigen Jochteil 8 befestigt und besitzen einen entsprechenden Abstand voneinander, der unter Anwendung von Distanzierstücken 76 erzielt wird. Der Permanentmagnet 6 ist im Inneren des zylindrischen magnetischen Bauteiles 8 angeordnet, und zwar ist hierfür eine Stellschraube 73 vorgesehen, welche eine Verdrehung verhindert; die Schraube 73 wird gegen die Wandung des zylinderförmigen Jochteiles 8 ge-CD schraubt. Das eine Ende einer temperaturkompensierten Feder 63 ist an dem Achszapfen 62 befestigt, während das andere Ende an einem L-förrnigen Widerlageteil 64 befestigt ist. In einer im Instrumentenbau an sich bekannten Weise ist die temperaturkompensierende Feder 63 in solcher Richtung gewickelt, daß sich eine Kompensation des Einflusses der Zusammenziehung und Ausdehnung der Feder 13 ergibt, dergestalt, daß die Spule 9 stationär auch bei Temperaturschwankungen ihre Lage einbehält. Es ist festzustellen, daß die Feder 13 und die ternperaturkompensierende Feder 63 einen Teil des elektrischen Stromkreises bilden, durch welchen die elektrische Verbindung mit der Spule 9 bewirkt wird, wie dies an sich üblich ist. Zu diesem Zwecke sind die Lagerteile 66 und 68 und ebenso auch der L-fönnige Widerlageteil 64 auf den Brücken 67 bzw. 69 isoliert angeordnet. Eine elektrische Verbindung ist von dem einen Ende der Spule 9 zu dem Achszapfen 62 vorgesehen; auf diese Weise ist Verbindung mit der temperaturkompensierenden Feder 63, dem L-förmigen Widerlageteil 64 und von dort mit dem Außenstromkreis gewährleistet. Eine elektrische Verbindung zum anderen Ende der Spule führt zu dem Achszapfen 61 und von dort zu dem Verbindungsann 69, zu der Feder 13 und von der Feder 13 zu dem Stift 54. Eine Verbindung 72, die isoliert an dem Endteil 51 vorgesehen ist, ist mit dem Ende des Stiftes 54 verbunden unter Anwendung einer Feder 71 und liefert den Anschluß an den Außenstromkreis.The soft iron yoke 8, which has a cylindrical shape and surrounds the coil 9 , is fastened in a suitable manner to an end plate 74, which in turn is arranged on the end plate 51 with the aid of a plurality of support posts 75. The T-shaped bridge 67 and the straight bridge 69 are attached to the cylindrical yoke part 8 and have a corresponding distance from one another, which is achieved by using spacers 76 . The permanent magnet 6 is arranged in the interior of the cylindrical magnetic component 8 , namely an adjusting screw 73 is provided for this purpose, which prevents rotation; the screw 73 is screwed against the wall of the cylindrical yoke part 8 ge-CD. One end of a temperature-compensated spring 63 is attached to the journal 62 , while the other end is attached to an L-shaped abutment part 64. In a manner known per se in instrument construction, the temperature-compensating spring 63 is wound in such a direction that the influence of the contraction and expansion of the spring 13 is compensated for, in such a way that the coil 9 retains its position stationary even with temperature fluctuations. It should be noted that the spring 13 and the temperature-compensating spring 63 form part of the electrical circuit through which the electrical connection to the coil 9 is effected, as is customary per se. For this purpose, the bearing parts 66 and 68 and also the L-shaped abutment part 64 are arranged in an isolated manner on the bridges 67 and 69, respectively. An electrical connection is provided from one end of the coil 9 to the journal 62 ; In this way, connection with the temperature-compensating spring 63, the L-shaped abutment part 64 and from there with the external circuit is ensured. An electrical connection to the other end of the coil leads to the pivot 61 and thence to the connecting Sann 69, to the spring 13 and by the spring 13 to the pin 54. A link 72, the isolated is provided at the end part 51, with connected to the end of the pin 54 using a spring 71 and provides the connection to the external circuit.

Dadurch, daß die Brücke 67 im wesentlichen von T-forin ist, ergibt sich die Möglichkeit der Drehung der Welle 2 über einen Winkel, welcher etwas kleiner als 3601 ist. Der Drehbereich des Stiftes 54 ist durch das Anschlagen des Stiftes an dem mittleren Teil der Brücke 67 bestimmt, und dadurch ist auch der Drehbereich der Welle 2 definiert. Es ist ein großer Drehwinkel der Welle 2 wünschenswert, weil dann die Feder 13 nur eine verhältnismäßig kleine Federkonstante haben kann. Es ergibt sich eine größere Genauigkeit der Anordnung, wenn sich eine größere Drehung der Welle in bezug auf den Eingangsstrom ergibt, welcher erforderlich ist, um die Spule in ihrer Ruhestellung zu halten. Die Spannung der Mutter 57 auf dem Ende der Welle 2 ist so gewählt, daß, wenn die Welle weiter gedreht wird als dem Anschlag an dem geraden Teil der Brücke 67 entspricht, die Welle 2 sich in der Scheibe 53 dreht, so daß keine, Beschädigung des Systems stattfindet.Because the bridge 67 is essentially T-shaped, there is the possibility of rotating the shaft 2 through an angle which is slightly less than 3601 . The range of rotation of the pin 54 is determined by the abutment of the pin on the central part of the bridge 67 , and the range of rotation of the shaft 2 is thereby also defined. A large angle of rotation of the shaft 2 is desirable because then the spring 13 can only have a relatively small spring constant. There is a greater accuracy of the arrangement when there is a greater rotation of the shaft with respect to the input current which is required to keep the coil in its rest position. The tension of the nut 57 on the end of the shaft 2 is chosen so that if the shaft is rotated further than the stop on the straight part of the bridge 67 , the shaft 2 rotates in the disc 53 so that no damage of the system takes place.

Der Transformator 16, welcher benutzt wird, um das magnetische Wechselfeld in dem Meßgerät zu erzeugen, ist auf einem Paar Pfosten 78 befestigt, welche an der Endplatte 74 befestigt sind. Die Sekundärwicklung14 des Transformators umfaßt vier starre einzelne Windungen eines Drahtes, der verschiedenen Amperestrom zu tragen vermag. Die Sekundärwicklung ist auf Platten 79 angeordnet, die aus nichtmagnetischem Material bestehen, dieselben sind an dem Ende des zylinderförmigen magnetischen Teiles 8 mittels Schrauben 81 befestigt. Die Windungen 14 sind von allen übrigen Metallteilen elektrisch isoliert, entweder dadurch, daß die Wicklungen in entsprechendem Abstand von solchen Teilen geführt sind, oder aber dadurch, daß Isolation vorgesehen ist.The transformer 16, which is used to generate the alternating magnetic field in the meter, is mounted on a pair of posts 78 which are attached to the end plate 74. The secondary winding 14 of the transformer comprises four rigid individual turns of a wire which can carry different amperage currents. The secondary winding is arranged on plates 79 made of non-magnetic material, which are fastened to the end of the cylindrical magnetic part 8 by means of screws 81. The turns 14 are electrically isolated from all other metal parts, either by the fact that the windings are guided at a suitable distance from such parts, or by the fact that insulation is provided.

Das elektromechanische Umformgerät gemäß der Erfindung besitzt vorteilhafte Eigenschaften, die im allgemeinen solche Geräte nicht besitzen. Solche vorteilhaften Eigenschaften sind, wie bereits vorstehend erwähnt wurde: 1. der geringe Ablenkungswinkel der Spule 9, welcher die Konzentration eines permanentmagnetischen Feldes hoher Dichte zuläßt, und 2. der Umstand, daß die Wechselstromkomponente des Drehmomentes die Reibung auf ein sehr geringes Maß reduziert, dergestalt, daß die Anwendung von Zapfenlagem und Lagersteinen eine Empfindlichkeit zu liefern vermag, wie man sie sonst nur bei aufgehängten Systemen zu verzeichnen hat.The electromechanical converter according to the invention has advantageous properties which such devices generally do not have. Such advantageous properties are, as already mentioned above: 1. the small deflection angle of the coil 9, which allows the concentration of a permanent magnetic field of high density, and 2. the fact that the alternating current component of the torque reduces the friction to a very low level, in such a way that the use of journal bearings and jewels can provide a sensitivity that is otherwise only found in suspended systems.

Es ist offensichtlich, daß gegenüber den dargestellten Ausführungsformen zahlreiche Abänderungen möglich sind, ohne daß dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.It is obvious that compared to the illustrated embodiments numerous modifications are possible without thereby departing from the spirit of the invention will.

Claims

PATENTANSPROCHE: 1. An arrangement for converting a formed by an angular rotation of a wave signal into a direct current, characterized in that in a constant magnetic field (6) and a parallel to the same, from an external AC power source (18) generated ac magnetic field (14 , 8) a rotating coil (9) is arranged, the winding plane of which lies parallel to the mentioned fields in the rest position and which is coupled to the shaft (2) by means of a torque causing spring (13 ), which enables the angular rotation to be converted into direct current , and that the rotation of the reel (9) is a measure of the rotation of the rotary spool (9) to run direct current.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the direct current supplied to the rotating coil (9) is derived by rectification from the alternating current which is induced in the rotating coil (9) when it is rotated from its zero position. 3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the alternating voltages induced in the coil (9) are rectified upon rotation and the direct current thus obtained serves on the one hand as a measured variable for the angular rotation of the shaft (2) and on the other hand the coil (9) is supplied for the purpose of generating a torque. 4. Arrangement for converting a signal formed by a direct current into an angular rotation of a shaft, characterized in that in a constant magnetic field (6) and a magnetic alternating current field (14, 8) generated parallel to the same by an external alternating current source (18) a moving coil (9) is arranged, the winding plane of which lies parallel to the mentioned fields in the rest position and that the direct current is fed to the moving coil (9) for the purpose of generating a torque and which when the moving coil (9) is rotated in the same from the external alternating current source ( 41) induced alternating voltage excites an alternating current adjusting motor (43), the rotor shaft (46) of which exerts a mechanical torque on the moving coil (9) via a spring (13) and adjusts the same. 5. Arrangement according to claim 3, characterized in that the alternating voltage generated when the coil (9) is rotated is rectified via a phase detector (30) to which a reference phase is fed from the alternating current source (18) provided. 6. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that a permanent magnet (6) is provided in a stator cylinder (8) which generates the direct current field for the moving coil (9). 7. Arrangement according to claim 6, characterized in that a toroidal coil (14) is wound around the stator cylinder (8) to generate the magnetic alternating current field. 8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the magnet (6) is of cruciform cross-section, the arms extending transversely to its main direction forming the air gap for the moving coil (9). 9. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that the axis of rotation (14) of the rotating coil (9 ) is mounted on its side under the action of the spiral spring (13) by means of a unilateral bridge member (67) . Considered publications: German Patent Nos. 886 226, 888 930, 908 671; ATM (1935), V3822-1 / 2-PM P f 1 ier: Electrical measurement of mechanical quantities, Springer Verlag, Berlin, 1948, p. 71; Borden, Thynell, "Principles and Methods of Telemetering," New York, 1948, pp. 65 to 68.