DE1216558B

DE1216558B - Transformer encoder for converting the angle of rotation into an electrical quantity

Info

Publication number: DE1216558B
Application number: DER35924A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Christof Rohrbach
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1963-08-17
Filing date: 1963-08-17
Publication date: 1966-05-12

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
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GOIdGOId

Deutsche Kl.: 42d-5German class: 42d-5

1216 558
R35924IXb/42d
17. August 1963
12. Mai 19661216 558
R35924IXb / 42d
17th August 1963
May 12, 1966

Die Erfindung betrifft einen Transformator-Geber, dessen besondere Konstruktion das Umformen mechanischer Drehwinkel in eine elektrische Größe erlaubt.The invention relates to a transformer encoder, the special construction of which is the forming mechanical angle of rotation in an electrical size allowed.

In der Technik tritt häufig die Aufgabe auf, mechanische Drehwinkel in elektrische Spannungen umzuformen, etwa zur Winkelmessung oder zur Regelung von Winkeln. Zur Lösung dieser Aufgabe gibt es viele Arten von Winkelgebern, wie z. B. Widerstandsgeber, kapazitive Geber, induktive Geber, Transformator-Geber usw., die ihrem Meßprinzip zufolge bestimmte Vor- und Nachteile aufweisen.The task of converting mechanical angles of rotation into electrical voltages often occurs in technology reshaped, for example to measure angles or to regulate angles. To solve this problem there there are many types of angle encoders, such as B. Resistance sensors, capacitive sensors, inductive sensors, Transformer encoders, etc., which, according to their measuring principle, have certain advantages and disadvantages.

Bei den Transformator-Gebern wird die Kopplung zwischen der Primär- und der Sekundärspule eines Transformators durch einen Weg oder einen Winkel geändert, z. B. durch Lageänderung einer Spule, durch Verschieben eines weichmagnetischen Kernes, durch Ändern der Permeabilität eines Kernes oder durch Lageänderung eines metallischen und/oder weichmagnetischen Schirmes, der sich zwischen Primär- und Sekundärspule befindet.In the case of transformer encoders, the coupling between the primary and the secondary coil is established of a transformer changed by a path or an angle, e.g. B. by changing the position of a Coil, by moving a soft magnetic core, by changing the permeability of a core or by changing the position of a metallic and / or soft magnetic screen that is between Primary and secondary coil is located.

Unter den Transformator-Gebern weist der Transformator-Geber mit metallischem und/oder weichmagnetischem Schirm besondere Vorteile auf, z. B. kleine Meßkräfte und räumlich nicht begrenzten Weg des Schirmes. Die bisher bekannten Ausführungen dieser letzteren Transformator-Geber sind jedoch nur zur Messung gerader Wege geeignet.Among the transformer encoders, the transformer encoder with a metallic and / or soft magnetic screen has particular advantages, e.g. B. small measuring forces and spatially unlimited path of the screen. The previously known versions however, these latter transformer transmitters are only suitable for measuring straight paths.

Gegenstand dieser Erfindung ist die neuartige konstruktive Ausführung eines Transformator-Gebers mit metallischem und/oder weichmagnetischem Schirm für Drehwinkel, die einige besondere Vorteile aufweist.The subject of this invention is the novel constructive Execution of a transformer encoder with metallic and / or soft magnetic Screen for angles of rotation that has some special advantages.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse ein rotationssymmetrischer Topfkern mit einer Spule und zwei weitere kreissektorförmige Topfkernteile mit zwei Spulen unter Bildung eines Luftspaltes einander gegenüberstehend befestigt sind, und daß im Luftspalt eine abschirmende, mittels einer Welle verdrehbare Scheibe angeordnet ist.The invention is characterized in that a rotationally symmetrical pot core in a housing with a coil and two further circular sector-shaped pot core parts with two coils to form one Air gap are fixed opposite each other, and that a shielding means in the air gap a shaft rotatable disc is arranged.

Die Erfindung ist in den folgenden Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail in the following figures.

F i g. 1 zeigt beispielhaft eine kennzeichnende Ausführung des Transformator-Winkelgebers;F i g. 1 shows an exemplary embodiment of the transformer angle encoder;

Fig. 2 zeigt die wesentlichen Einzelteile eines Gebers nach Fig. 1 in isometrischer Projektion zur besseren Erläuterung seines Aufbaues;Fig. 2 shows the essential individual parts of a transmitter according to FIG. 1 in isometric projection to better explain its structure;

Fig. 3 zeigt die Schaltung des Gebers in einer Differenzanordnung;3 shows the circuit of the transmitter in a differential arrangement;

F i g. 4 zeigt die Spannung U₁-U₂, die in einer Schaltung gemäß Fig. 3 als Funktion des Drehwinkels γ erhalten wird;F i g. 4 shows the voltage U ₁ -U ₂ , which is obtained in a circuit according to FIG. 3 as a function of the angle of rotation γ ;

Transformator-Geber zur Umformung des
Drehwinkels in eine elektrische GrößeTransformer encoder for converting the
Angle of rotation into an electrical quantity

Anmelder:Applicant:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,Philips Patent Administration G. m. B. H.,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr.-Ing. Christof Rohrbach, BerlinDr.-Ing. Christof Rohrbach, Berlin

F i g. 5 zeigt eine mögliche Ausführung des dreh-F i g. 5 shows a possible embodiment of the rotary

baren Teiles des Gebers, die zur Vermeidung von Unwuchten verwendet werden kann;spare part of the encoder that can be used to avoid imbalances;

F i g. 6 zeigt eine weitere mögliche Ausführung des drehbaren Teiles des Gebers mit radialen Schlitzen, die ebenfalls zur Vermeidung von Unwuchten verwendet werden kann.F i g. 6 shows another possible embodiment of the rotatable part of the encoder with radial slots, which can also be used to avoid imbalances.

Der Geber gemäß F i g. 1 arbeitet wie folgt: In einem Gehäuse 1 ist ein Topfkern 2 befestigt, der eine Spule 3 trägt. Das Gehäuse 1 trägt ferner zwei gleichartige Kerne 4 und 5, die durch radiale Schnitte aus einem Topfkern 2 entstanden sind. Die Kerne 4 und 5 tragen zwei gleichartige Spulen 6 und 7. Zwischen dem Topfkern 2 bzw. den Kernen 4 und 5 besteht der Luftspalt 8. In diesem Luftspalt 8 ist eine vorzugsweise als flacher Halbzylirider geformte Scheibe 9 angebracht, die mittels der Welle 10, die im Gehäuse 1 drehbar gelagert ist, beliebig verdreht werden kann. Die Welle 10 wird formschlüssig mit dem Meßobjekt verbunden, dessen Drehwinkel 7 gemessen werden soll.The encoder according to FIG. 1 works as follows: In a housing 1, a pot core 2 is attached, the a coil 3 carries. The housing 1 also carries two cores 4 and 5 of the same type, which are formed by radial cuts have arisen from a pot core 2. The cores 4 and 5 carry two similar coils 6 and 7 between the pot core 2 or the cores 4 and 5 is the air gap 8. In this air gap 8 is a preferably shaped as a flat Halbzylirider disc 9 attached, which by means of the shaft 10, the is rotatably mounted in the housing 1, can be rotated as desired. The shaft 10 is positively locked with connected to the measurement object whose angle of rotation 7 is to be measured.

Legt man an die Spule 3 eine Wechselspannung Uq, so würde bei Abwesenheit der Scheibe 9 ein magnetisches Wechselfeld B entstehen, das den eingezeichneten Verlauf hat (durchgezogene Linien). Als Folge treten an den Spulen 4 bzw. 5 Wechselspannungen U₁ bzw. U₂ auf, die aus Symmetriegründen gleich groß sind. Bringt man die Scheibe 9, die aus leitendem und/oder ferromagnetischem Material besteht, in den Luftspalt, wird die Symmetrie gestört, weil ein Teil des Magnetfeldes B durch ^iVirbelströme in der Scheibe 9 und/oder durch deren ferromagnetische Eigenschaften abgelenkt wird (gestrichelte Linie). Das Verhältnis der Spannungen U₁ und U₂ ändert sich also als Funktion des Drehwinkels γ.
Die wesentlichen Teile des Gebers nach Fig. 1 sind in F i g. 2 zur besseren Erläuterung seines Aufbaues in isometrischer Projektion dargestellt. Man erkennt den rotationssymmetrischen Topfkern 2, aus If an alternating voltage Uq is applied to the coil 3, then in the absence of the disk 9, an alternating magnetic field B would arise which has the course shown (solid lines). As a result, alternating voltages U ₁ and U ₂ occur at coils 4 and 5, which are of equal magnitude for reasons of symmetry. If the disk 9, which is made of conductive and / or ferromagnetic material, is brought into the air gap, the symmetry is disturbed because part of the magnetic field B is deflected by eddy currents in the disk 9 and / or by its ferromagnetic properties (dashed line ). The ratio of the voltages U ₁ and U ₂ therefore changes as a function of the angle of rotation γ.
The essential parts of the transmitter according to FIG. 1 are shown in FIG. 2 shown in isometric projection for a better explanation of its structure. The rotationally symmetrical pot core 2 can be seen

609 568/230609 568/230

dem zur Sichtbarmachung der (hier mit einer Windung gezeichneten) Spule 3 und der Welle 10 ein Teil herausgeschnitten wurde. In der eingezeichneten Lage ist die Stellung der Scheibe 9 symmetrisch zu den Kernen 4 und 5 mit den (hier mit einer Windung gezeichneten) Spulen 6 und 7. Man erkennt, wie die Kerne 4 und 5 durch zwei radiale, sich unter dem Winkel δ kreuzende Schnitte aus einem Topfkern gemäß dem Topfkern 2 entstanden sind.a part of which has been cut out to make the coil 3 (shown here with one turn) and the shaft 10 visible. In the position shown, the position of the disk 9 is symmetrical to the cores 4 and 5 with the coils 6 and 7 (shown here with one turn). It can be seen how the cores 4 and 5 are crossed by two radial ones at the angle δ Sections from a pot core according to the pot core 2 have arisen.

F i g. 3 zeigt eine mögliche Schaltung des Gebers schematisch. An der Spule 3 liegt die Wechselspannung U₀. Die Spulen 6 und 7 sind hintereinandergeschaltet. Beim Drehen der Scheibe 9 tritt eine Differenzspannung U₁-U₂ auf, deren Verlauf über dem Drehwinkel γ in F i g. 4 schematisch dargestellt ist. Innerhalb des Winkels α ist die Spannung U₁-U₂ dem Drehwinkel γ der Scheibe 9 proportional; dieser Bereich wird vorzugsweise zur Messung verwendet. Von besonderem Vorteil ist es bei vielen Meßaufgaben, daß die Scheibe 9 auch über den Winkel α hinaus beliebig verdreht werden kann, ohne daß der Geber beschädigt wird.F i g. 3 shows a possible circuit of the encoder schematically. The alternating voltage U _{0 is applied to} the coil 3. The coils 6 and 7 are connected in series. When the disk 9 is rotated, a differential voltage U ₁ -U ₂ occurs, the course of which over the angle of rotation γ in FIG. 4 is shown schematically. Within the angle α, the voltage U ₁ -U _{2 is} proportional to the angle of rotation γ of the disk 9; this area is preferably used for measurement. It is of particular advantage in many measurement tasks that the disk 9 can be rotated as desired beyond the angle α without damaging the encoder.

Die Scheibe 9 kann aus leitendem Material bestehen; dann erfolgt die Schirmwirkung, wie in der Hochfrequenztechnik bekannt, lediglich infolge von Wirbelströmen, die sich in ihr ausbilden. Die Scheibe 9 kann jedoch vorteilhaft auch aus ferromagnetischem Material gefertigt werden; dann erfolgt die Schirmwirkung vor allem durch magnetische Leitung der Kraftlinien im Scheibenmaterial.The disc 9 can be made of conductive material; then the shielding effect takes place, as in the High-frequency technology known, only as a result of eddy currents that develop in it. the However, disk 9 can advantageously also be made of ferromagnetic material; then takes place the shielding effect mainly through the magnetic conduction of the lines of force in the pane material.

Bei schneller Drehung der Scheibe 9 kann eine erhebliche Unwuchtkraft erregt werden. Diese Unwuchtkraft wird kompensiert, wenn man die fehlende Scheibenhälfte durch ein Material ohne Schirmwirkung, aber gleichen spezifischen Gewichtes, ersetzt. Zwei Ausführungen sind möglich:With rapid rotation of the disk 9, a considerable imbalance force can be excited. This imbalance force is compensated if the missing pane half is replaced by a material without a shielding effect, but of the same specific weight, replaced. Two versions are possible:

Fig. 5 zeigt eine Scheibe, deren eine Hälfte 11 aus ferromagnetischem und/oder leitendem Material besteht, während die andere Hälfte 12 aus einem nicht- oder schlechtleitenden, nichtferromagnetischen Material gefertigt ist, das keine Schirmwirkung ausübt, das aber das gleiche spezifische Gewicht aufweist wie das ferromagnetische oder leitende Material. Fig. 5 shows a disk, one half 11 of which is made of ferromagnetic and / or conductive material consists, while the other half 12 consists of a non-conductive or poorly conductive, non-ferromagnetic Material is made that has no shielding effect, but has the same specific weight like the ferromagnetic or conductive material.

F i g. 6 zeigt eine Scheibe, die völlig aus demselben, leitenden, nichtferromagnetischen Material besteht, deren eine Hälfte jedoch radiale Schlitze 13 aufweist. Hierdurch können sich in dieser Hälfte keine Wirbelströme ausbilden, und deshalb bewirkt diese Hälfte auch keinen Schirmeffekt. Gleichwohl tritt selbst bei schneller Drehung praktisch keine Unwuchtkraft auf.F i g. Figure 6 shows a disc made entirely of the same conductive, non-ferromagnetic material exists, one half of which, however, has radial slots 13. This allows you to stay in this half no eddy currents develop, and therefore this half does not have a shielding effect. Nevertheless there is practically no imbalance force even with fast rotation.

Die wesentlichen Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind: Großer linearer Meßbereich α, beliebige Durchdrehbarkeit der Scheibe 9, einfache Herstellung und sehr gedrängte Bauweise.The main advantages of the subject matter of the invention are: large linear measuring range α, the disk 9 can be rotated as desired, simple manufacture and a very compact design.

Claims

Patent claims:

1. Transformer encoder for converting the angle of rotation into an electrical variable, characterized in that in a housing (1) a rotationally symmetrical pot core (2) with a coil (3) and two further circular sector-shaped pot core parts (4, 5) with two coils ( 6, 7) forming an air gap (8)

are fixed opposite each other and that in the air gap (8) a shielding, by means of a Shaft (10) rotatable disc (9) is arranged.

2. Transformer-encoder according to claim 1, characterized in that the disc (9) has a Has circular section.

3. Transformer> encoder according to claim 1 and 2, characterized in that the disc (9) is circular, one half of which

(11) made of ferromagnetic and / or conductive material and the other half (12) of non-ferromagnetic material and non-conductive material, and that the materials of one half (11) have the same specific weight

like the materials of the other half (12).

4. Transformer-encoder according to claim 1 and 2, characterized in that the disc (9) is formed in the shape of a circular arc of conductive material, one half of which is radial slots wearing.

Considered publications:
Feinwerktechnik (1956), H. 8, · Jg. 1960, pp. 275 to 278; (1959), H. 11, Jg. 1963, pp. 393 to 403;
Control engineering (1958), no. 3, year 1962, pp. 117 and 118.

1 sheet of drawings