DE1423086C - Elektrischer Drehmomentengeber und induktiver Stellungssignalerzeuger für Kreiselgeräte od. dgl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Drelmiomentengcber für Kreisclgeräte od. dgl. mit magnetische Pole aufweisenden feststehenden Magnetteilen (Stator), gegenüber diesen drehbar gelagerten Teilen (Rotor) sowie zwei Gruppen von Spulen, von denen die eine von einem das Drehmoment erzeugenden Strom durchflossen wird, während in der anderen von der relativen Winkelstellung der drehbaren gegenüber den feststehenden Teilen abhängige Spannungen induziert werden, und wobei die der Stellungssignalerzeugung dienenden Teile längs der Rotorachse etwa in der gleichen Höhe angeordnet sind wie die der Drehmomentenerzeugung dienenden. '

IZs ist bekannt, elektromagnetische, ein Drehmoment erzeugende Einrichtungen in Regelsystemen zu verwenden, insbesondere in solchen Systemen, die Kreisel zur Abtastung der zu regelnden Größe verwenden. Bei den meisten mit Kreiseln arbeitenden Anordnungen enthält die ein Drehmoment erzeugende Einrichtung eine magnetische Anordnung mit zwei getrennten elektrischen Kreisen, um das notwendige Rückführungsdrehmonient zu erzeugen. Derartige Anordnungen haben aber die verschiedensten Nachteile, von denen besonders die relativ hohen Kosten, die mangelhafte Linearität in der Arbeitscharakteristik, das hohe Gewicht und die Notwendigkeit von Bedeutung sind, von außen her Leistung zum Betrieb der Einrichtung zuzuführen.

Bei mit Kreiseln arbeitenden bekannten Anordnungen ist es außerdem bekannt, zusätzlich zu einer Einrichtung zur Erzeugung eines Riickführungsdrehmomentes einen meistens elektromagnetischen Wandler zu verwenden, um die Winkellagt» der Teile abzutasten und entsprechend ein die Winkellage anzeigendes Signal zu übertragen. Bei einigen bekannten Anordnungen sind die ein Drehmoment erzeugende Einrichtung und der Wandler an gegenüberliegenden Enden des Kreisels oder einer anderen zugeordneten Einrichtung angebracht, jedoch führt das in nachteiliger Weise zu einer Vergrößerung der Gesamtlänge des Kreisels.

Zur Verringerung der Länge der Kreiselanordnung ist es auch bereits bekannt, die ein Drehmoment erzeugende Einrichtung und den Wandler beide an dem gleichen Ende des Kreisels anzuordnen und sie durch eine drehbare Stange oder einen Arm zu verbinden. Wenn auch diese Anordnung zu einer Verringerung des Raumbedarfs führt, so ist doch die Verwendung des die Zwischenverbindung bewirkenden drehbaren Armes von Nachteil, weil er unerwünschtes Spiel oder unerwünschte Reibungen, Trägheiten usw. einführen kann.

Durch die USA.-Patcntschrift 2 729 107 ist bereits ein Kreiselgerät bekannt, dessen Drehmomentengeber und dessen induktiver Abgriff etwa in derselben, senkrecht zur Schwenkachse des Kreisels liegenden Ebene angebracht sind. Über die konstruktive Ausbildung dieser schematisch angegebenen Bauelemente ist dieser Patentschrift nichts Näheres zu entnehmen. Sie verweist vielmehr bezüglich des induktiven Abgriffs auf die USA.-Patentschrift 2 419 979 und bezüglich des Drehmomentenerzeugers auf die USA.-Patentschrift 2 270 876.

Durch die USA.-Patentschrift 2 419 979 ist eine Konstruktion bekannt, bei der der induktive Abgriff aus einem dreischenkligen Kern besteht, dessen Mittelschenkel die Erregerwicklung trägt, während auf den beiden Außenschenkeln die gegeneinandergeschalteten, ein Signal erzeugenden Wicklungen angebracht sind. Der Kern ist auf einer Platte befestigt, in deren zentralem Lager die Schwenkachse des Kreisels drehbar gelagert ist. Mit dieser Achse ist der aus magnetisierbarer!! Material bestehende Anker starr verbunden. Je nach Stellung des Ankers in bezug zum E-förmigcn Joch ändern sich die Verhältnisse in den magnetischen Kreisen zwischen dem Mittelschenkel ίο und jeweils einem der beiden äußeren Schenkel. An den gegeneinandergeschalteten Wicklungen ergibt sich so ein von der Winkellage des Ankers abhängiges Signal.

Der wesentliche Nachteil einer Anordnung gemäß den beiden zuletzt genannten USA.-Patentschriften besteht darin, daß über den Anker aus magnetisierbarem Material in Verbindung mit den feststehenden Spulen zusätzliche Drehmomente auf die Schwenkachse des Kreisels übertragen werden können, die sich dem vom Kreisel erzeugten Nutzdrehmoment überlagern und zu einer fehlerhaften Anzeige führen. Außerdem ergeben sich auf Grund des magnetisierbaren Materials des Ankers Hystereseerscheinungen, und das magnetisierbare Material des Ankers bedingt auch ein verhältnismäßig hohes Eigengewicht der beweglichen Teile, so daß auch das von dem Kreisel oder einem Drehmomentengeber aufzubringende Nutzdrehmoment verhältnismäßig groß ist.

Der durch die USA.-Patentschrift 2 270 876 bekannte Drehmomentengeber arbeitet mit einem im wesentlichen E-förmigen Kern, auf dessen drei Schenkeln Wicklungen vorgesehen sind, die mit Dreipliasensfrom gespeist werden. Ein am Kreiselgehäuse befestigter Magnetanker kann durch Umkehr der Phasenlage des Stromes in einer der drei in Sternschaltung betriebenen Wicklungen des Kerns wahlweise in der einen oder anderen Richtung geschwenkt werden. Einem solchen Drehmomentengeber haften außer den bei dem zuvor geschilderten bekannten Drehmomentengeber auftretenden Nachteilen besonders Hystereseerscheinungen an, die zu Nichtlinearitäten der Wandlercharakteristik führen. Außerdem werden infolge der einseitigen Drehmomenterzeugung Radialkräfte auf die Achse ausgeübt, die zu einer erhöhten Lagerreibung führen, die gerade bei Kreiseln und Beschleunigungsmessern äußerst nachteilig ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten elektrischen Drehmomentengeber und induktiven Stellungssignalerzeuger für Kreiselgeräte zu vermeiden. Die zu schaffende Anordnung soll insbesondere Hystereseerscheinungen vermeiden, eine lineare Übertragungscharakteristik haben, frei von unsymmetrischen Lagerbelastungen und unnötig hohen Lagerreibungen sein und außerdem einen äußerst gedrängten Aufbau haben. Der Drehmomentengeber soll insbesondere für die Digitaltechnik geeignet sein, also vorzugsweise geringe Induktivität haben. Er soll außerdem geringe Trägheit haben.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Magnetteile feststehend im Stator und die Spulen schwenkbar derart auf dem zumindest im Bereich der Spulen becherförmigen Rotor angeordnet sind, daß sich zwei zur Drehmomentenerzeugung dienende Spulen, bezogen auf die Schwenkachse des Rotors, räumlich und magnetisch symetrisch gegenüberstehen, während die der Signalerzeugung dienenden Spulen im Winkelraum

zwischen den Drehmomentenerzeugerspuleii angeordnet sind.

Die erfinderische Anordnung ist frei von jeglichen Hystereseerscheinungen und unsymmetrischen Lagerbelastungen, außerdem gestattet sie einen äußerst gedrängten Aufbau, was häufig von entscheidender Bedeutung für die Anordnung ist.

Aus der deutschen Patentschrift cS93 126 ist die Verwendung einer Drehspulanordnung zur Messung der gegenseitigen Winkelvcrdrehung ruhender oder bewegter Körper bekannt, bei der die Änderung der Kopplung oder Gegeninduktivität relativ zueinander drehbarer Spulen zur Feststellung der Winkellage ausgewertet wird. Ferner zeigt die deutsche Patentschrift 162 740 einen Apparat zur Übertragung von Bewegungen oder Zeigerstellungen, bei dem im Luftspalt zwischen zwei einander umgebenden ringförmigen Eisenkernen die von einem aus nichtmagnetischem Material bestehenden glockenförmigen Rotor getragenen Läuferwicklungen drehbar sind, denen der Erregerstrom über eine ebenfalls am Rotor befestigte Hilfswicklung zugeführt wird. Diese Hilfswicklung bildet zugleich die Sekundärwicklung eines Hilfstransformators, dessen Kern und Primärwicklung feststellen. Die beiden genannten, jeweils mit drehbar gelagerten Spulen und feststehenden Eisenteilen arbeitenden Anordnungen dienen jeweils nur einem Zweck, nämlich entweder der Stellungssignalerzeügung oder der Drehmomentenerzeugung, so daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen kombinierten Drehmomentenerzeuger und Stellungssignalerzeuger von gedrängtem, mechanisch ausgewogenem Aufbau, hoher Empfindlichkeit und ohne gegenseitige störende Beeinflussung der beiden Erzeugersysteme zu schaffen, bei diesen bekannten Anordnungen nicht in Erscheinung tritt.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung sind in an sich aus der deutschen Patentschrift 162 740 bekannter Weise an dem aus. einem nichtmagnetischen Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff, bestehenden, zumindest im Bereich der Spulen becherförmigen Rotor die Spulen, die zumindest teilweise als Flachspulen gewickelt und der Becherwand entsprechend gebogen sind, an der Becherwand befestigt, vorzugsweise in die Becherwand eingebettet. Der becher- oder topfförmige Rotor mit den in seine Wand eingebetteten gewölbten Flachspulen hat ein äußerst geringes Trägheitsmoment. Außerdem kann der Rotor extrem flach ausgeführt werden, so daß auch der für ihn benötigte Luftspalt in den magnetischen Kreisen extrem schmal ist. Eine so ausgebildete Anordnung ist daher äußerst empfindlich und arbeitet sehr genau, sie hat sich in der Praxis hervorragend bewährt.

An Hand von zwei Ausführungsbeispielen soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt einen kombinierten Drehmomenten- und Stellungssignalerzeuger; die Darstellung ist ein Schnitt 1-1 durch Fig. 2;

Fig. 2 ist ein Schnitt 2-2 durch Fig. 1;

Fig. 3 zeigt perspektivisch die Anordnung der Spulen in der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 und 2;

Fig. 4 ist eine Abwicklung der Verdrahtung der Spulen;

F i g. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines kombinierten Drehmomenten-Stellungssignalerzeugers;

Fig. 6 ist ein Schnitt 6-6 durch Fig. 5;
F i g. 7 ist eine Vorderansicht des Rotors gemäß den Fig. 5 und 6;

Fig. 8 ist eine Seitenansicht des Rotors gemäß Fig. 7;

F i g. 9 zeigt die Verdrahtung der Wicklungen des Rotors der F i g. 7 und 8.

Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform, die in den F i g. 1 und 2 gezeigt ist, bezeichnet das Bezugszeichen 44 ein zylindrisches Gehäuse, das das Außengehäuse od. dgl. eines Kreisels sein kann. Ein scheibenförmiger Tragteil 45 ist an dem Gehäuse 44 befestigt (vermittels nicht gezeigter Einrichtungen), unter rechten Winkeln dazu. Der scheibenförmige Träger 45 hat eine mittlere öffnung 46, die dazu dient, für die Vorrichtung elektrische Anschlüsse einzuführen (nicht gezeigt). Parallel zu dem Träger 45 ist ein zweiter kreisförmiger Träger 47 angeordnet. Der kreisförmige Träger 47 ist in der gleichen Weise

ao wie der kreisförmige Träger 45 an dem Gehäuse befestigt. Im Mittelpunkt des Trägers 47 ist ein Lager 48 befestigt, das eine Welle 49 lagert.

Die Welle 49 besitzt, wie in F i g. 1 gezeigt, an ihrem linken Ende einen Befestigungsflansch 50. Der Befestigungsflansch 50 ist mit einer Gruppe von drei Löchern versehen, die gleichmäßig über diesen verteilt sind und drei Befestigungsschrauben 51 aufnehmen. Die Befestigungsschrauben 51 verbindenden Flansch 50 der Welle 49 mit der Nabe 53 eines becherförmigen Rotorteils 52. Der Rotor 52 ist vorzugsweise aus einem geformten Kunststoff bekannter Art konstruiert. Der Rotor 52 trägt an der Nabe 53 eine radiale Wand 55 und einen äußeren Rand 54, die alle miteinander verbunden sind oder die aus einem einzigen Stück geformt sind. In die Nabe 53 ist eine Gruppe von Anschlußstiften 56 eingegossen. Diese Anschlußstifte erstrecken sich durch den Flansch 50 und werden jeweils von einer besonderen Isolationshülse 57 umgeben. Die Isolationshülse 57 isoliert jeden Stift 56 vollständig von der Welle 49 und dem Flansch 50 ab. Der Zweck der isolierten Anschlußstifte 56 wird aus dem folgenden erkenntlich werden.

Der Rand 54 des becherartigen Teiles 52 bildet Trageinrichtungen für eine Mehrzahl elektrischer Spulen 58 bis 63. Die Spule 58 ist eine Blindspule, die dazu verwendet wird, die Vorrichtung mechanisch auszubalancieren. Die Spule 59 wird^n dem Stellungssignalerzeugungsabschnitt der Vorrichtung verwendet und wird im folgenden ausführlich beschrieben. Die Spulen 60, 61, 62 und 63 sind miteinander verbunden und bilden die Drehmomenterzeugungsmittel. Die Drehmomenterzeugungsmittel werden im folgenden ebenfalls ausführlich beschrieben werden. Wie am besten aus Fig. 2 zu ersehen, sind alle Spulen 58 bis 63 in den Rand 54 des becherförmigen Rotors 52 eingelassen. In F i g. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Spulen allein gezeigt, in einer etwas seitlichen Blickrichtung, und in Fi g. 4 ist ein aufgelegtes Verdrahtungsdiagramm gezeigt, das darstellt, wie die Spulen miteinander verbunden sind. Die Funktion der Spulen wird am besten zu verstehen sein, wenn die Gesamtstruktur vollständig beschrieben ist, und ihre Arbeitsweise wird daher im folgenden ausführlieber behandelt werden.

An der Tragplatte 45 ist ein nichtmagnetisches Distanzstück 64 befestigt, das vermittels Schrauben (nicht gezeigt) an der Platte 45 befestigt sein kann.

Zwei magnetische Kerne 65 und 66 sind an dem Distanzstück 64 befestigt. Beide Kerne 65 und 66 sind von im wesentlichen C-förmiger Gestalt, was am besten aus F i g. 2 zu ersehen ist. !liner oder beide sind Permanentmagnete. Die Enden 67 des Kerns 65 und die Enden 68 des Kerns 66 sind so geformt, daß sie zwischen sich zwei ähnliche Luftspalte 69 bilden. Es wird darauf hingewiesen, daß, falls einer oder beide der Kerne 65 und 66 Permanentmagnete sind. ein starker, konzentrierter Magnetfluß in diesen Luftspaltcn 69 vorhanden ist. In diesen Luftspalten 69 liegt ein Teil des Randes 54 des Rotorbechers 52. und ein Zweig einer jeden der Spulen 60, 61, 62 und 63 liegt innerhalb der Luftspaltc 69. Aus F i g. 4 ist zu ersehen, daß die Spulen 60 und 61 in Serie gegcneinandcrgcschaltct sind und ebenfalls mit den Spulen 62 und 63 in Serie geschaltet sind, die wiederum in Serie gcgeneinandcrgeschaltet sind. Falls dieser gesamte Serienschaltkrcis, d. h. zwischen den Leitungen 70 und 71, mit einem Gleichstrom versorgt wird, wird ein Fluß auftreten, der mit dem Fluß in dem Luftspalt 69 in solcher Weise reagiert, daß eine Verdrehung des Bechers 52 stattfindet. Die Richtung der Verdrehung des Bechers 52 wird durch die Polarität der Erregung der Scrienschaltungcn zwischen den Leitungen 70 und 71 bestimmt. Es ist somit zu erkennen, daß eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Drehmomentes geschaffen ist, die imstande ist, den Rotor entweder in Uhrzeiger- oder gegen die Uhrzeigerrichtung zu verdrehen. Es wird weiter darauf hingewiesen, daß die Teile der Spulen 60, 61, 62 und 63, die außerhalb der Luftspalte 69 liegen, wenig oder gar keinen Effekt auf die Arbeitsweise der Vorrichtung haben. Die Anschlußdrähte 70.und 71 sind in die Nabe 53 des Bechers 52 eingebettet und mit zweien der Stifte 56 verbunden. Vermittels dieser Stifte 56 und der öffnung 46 der Tragplatte 45 kann eine geeignete Verbindung mit den Drchmomenterzcugerspulen im oder in der Nähe des Rotationsmittelpunktes des Bechers 52 hergestellt werden. Durch diese Einrichtungen wird nur ein geringes oder gar kein hemmendes Drehmoment auf den Becher 52 durch die Verhindungslcitungen übertragen.

Zwei zusätzliche Träger 72 und 73 sind mittels geeigneter Einrichtungen an dem Tragteil 45 befestigt. Diese beiden Teile 72 und 73 erstrecken sich parallel zur Rotationsachse der Vorrichtung, liegen aber auf gegenüberliegenden Seiten des Randes 54 des Bechers 52. Beide Träger 72 und 73 sind diametral gegenüber den Mittelpunkten der beiden C-förmigcn Magnete 65 und 66 befestigt. Von dem Teil 72 getragen ist ein E-förmigcr lamclliertcr Aufbau 74. der-Pole 75. 76 und 77 besitzt. Die Pole 75. 76 und 77 sind von entsprechender Länge und Krümmung, so daß ihre Enden in der Nähe des Randes 54 des Bechers 52 und auf dessen Innenseite liegen. Von dem Teil 73 ist ein zweiter E-förmiger lamellierter Aufbau 78 getragen. Der Aufbau 78 besitzt drei Arme 79. 80 und 81. deren Enden ebenfalls in der Nähe des Randes 54 des Bechers 52. aber auf dessen Außenseite liegen. Die Pole 75 bis 77 und die Arme 79 bis 81 begrenzen zwischen sich eine Mehrzahl von Luftspalten 82. 83 und 84. Die Luftspalten 82, 83 und 84 sind in Umfangsrichtung des Randes 54 des Bechers 52 voneinander getrennt. Auf den Armen 79 und 81 des E-förmigen Teiles 78 sind Spulen 85 und 86 angeordnet. Werden die Spulen 85 und 86 gleichmäßig mit Strom versorgt, wird ein ausgeglichener magnetischer Fluß in den Armen 79, 80 und 81 der Vorrichtung zur Erzeugung des Stellungssignals erzeugt. Wenn der Becherrotor 52 in der zentrierten oder Neutralstellung ist, die in den Zeichnungen gezeigt ist, geht der Fluß durch die Luftspalte 82 und 84 durch zwei entgegengesetzte Zweige der Spule 59 und erzeugt Ströme, die sich aufheben. Falls der Becher 52 unter der Wirkung des Drehmomenterzeugungsabschalters der Vorrichtung verdreht wird, wird die Spule 59 in den Luftspalten 82 und 84 verdreht. Diese Bewegung erzeugt eine Störung des Gleichgewichts in den Strömen dieser Spule, und die Störung wird dazu verwendet, den Betrag und die Richtung der Bewegung der Spule 59 festzustellen und damit den Betrag und die Richtung, um den der becherförmige Rotor 52 aus der Neutral- oder Gleichgcwichtsstellung ausgewandert ist.

Es soll nun auf die zweite Ausführungsform in Fig. 5 und 6 Bezug genommen werden. In diesen

ao Figuren ist mit 88 ganz allgemein eine Statoranordnung für eine Drehmomenterzeuger- und Stellungssignalerzeugcreinrichtung gezeigt, die beschrieben werden soll.

Der Stator 88 ist an einer nichtmagnetischen Anas Ordnung oder Grundplatte 89 befestigt, die eine Gruppe von Statorringen 90 trägt und einen Pcrmanjiitmagnetkern 91. Sowohl die Ringe 90 als auch der Permanentmagnetkern 91 werden von einer Anzahl von Stiften 92 in ihren Stellungen gehalten, wobei die Stifte durch die einzelnen Teile hindurch in die Grundplatte 89 führen.

Die Ringe 90 sind aus üblichem Magnetmaterial gebildet ifhd werden durch ein Klebeverfahren zusammengehalten, was für diese Zwecke einem Fachmann bekannt ist. Die Ringe 90 haben weiterhin Vorspriinge oder Polstücke 93, die von diesem Aufbau an diametral gegenüberliegenden Stellen nach innen weisen. Die Pole 93 entsprechen in ihren Lagen den Nord- und Südpolen 94 des Permanentmagnets 91.

Der Permanentmagnet 91 besitzt eine mittlere öffnung 95, die zur mittleren öffnung 96 der Grundplatte 89 ausgerichtet ist. Der Zweck der mittleren öffnungen 95 und 96 wird bei der Beschreibung der vollständigen Vorrichtung verständlich werden. Es ist zu ersehen, daß zwischen den Polen 93 und 94 der Ringe 90 und des Permanentmagnets 91 Luftspalte 97 bestehen. In den Luftspalten 97 wird zwischen den Polflächen 93, 94 ein magnetisches Feld erzeugt, und auf Grund des schmalen Spalts im Vergleich zu dem iiußeren Spalt zwischen dem Magnet 91 und dem Ring 90 ergibt sich eine hohe Flußkonzentration. Diese hohe Flußkonzentration wird, wie weiter unten zu erkennen sein wird, im Bereich der Drehmomenterzeugung der Vorrichtung nutzbar gemacht.

Zwischen die Polcrhebungcn 93 des Stators 88. gleich weit von diesen entfernt, sind zwei magnetische Stellungssignalerzeugerstellen 98 angeordnet. Die magnetischen Erzeugungsstcllcn 98 umfassen jeweils nach innen sich erstreckende Seitenarme 99 und 100 und einen mittleren Arm 101 auf dem Statorring. Obgleich die Arme 99, 100 und 101 in der offenbarten bevorzugten Ausführungsform aus einem Stück mit den Ringen 90 bestehen, ist es auch verständlich, daß sie aus getrennten Schichten bestehen können, die dann mit den Ringen 90 in den entsprechenden Stellungen verbunden werden. Die Arme 99 und 100 tragen je eine Stromspule 102.

Zur Erleichterung bei der Konstruktion und dem

Zusammenbau ist die Grundplatte 89 mit einer Mehrzahl von Befestigungsösen 103 versehen, die jeweils Befestigungslöcher 104 enthalten. Die Befestigungsplatte 89 besitzt weiterhin einen kreisförmigen Kanal 105, der die Bewegung des Rotorteils erlaubt, der im folgenden ausführlich mit Bezug auf F i g. 7, 8 und 9 beschrieben werden wird.

Die Grundplatte 89 besitzt auch Ausnehmungen, die bei 106 notwendig werden, damit die Spulen 102

magnets 91 und der öffnung 96 der Grundplatte 89. Die zentrische öffnung 125 bleibt somit frei, und durch diese öffnung 125 werden die erforderlichen Anschlußleitungen hindurchgeführt, die mit den Stiften 126 verbunden sind. Diese Anschlußleitungen liegen sehr dicht an der mittleren Achse der Vorrichtung und ergeben damit keine oder nur eine geringe hemmende Kraft auf die Rotationsbewegung des Rotors 107 ab. An der Nabenplatte 108 des Rotors

mittels dieser Befestigungslöcher 128 kann der Rotor in geeigneter Weise mit zugehörigen Einrichtungen verbunden werden.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist ganz einfach ersichtlich, wenn jede der beiden Funktionen betrachtet wird, die dabei auftreten. Der Fluß, der zwischen den Polen 93 und 94 durch den Luftspalt 97 hindurchgeht, verbindet die Spulen 113 bis 116. Sind

richtig auf die Arme 99 und 100 der Signalerzeu- io 107 ist ein verstärkter Teil 127 befestigt, der eine gungsstellen 98 aufgesetzt werden können. Mehrzahl von Befestigungslöchern 128 trägt. Ver-

In den F i g. 7 und 8 ist ein Rotor ganz allgemein mit 107 bezeichnet. Der Rotor 107 ist im wesentlichen ein becherartiger Teil mit einer zentralen Nabenplatte 108 und einem Paar sich axial erstreckender, diametral gegenüberliegender Randsegmente 109,110, die außerhalb der Nabenplatte, 108 getragen werden. Die Randsegmente 109 und 110 besitzen jeweils einen geschwächten mittleren

Querschnitt bei 111 und 112. Die im Querschnitt ₂₀ die Spulen 113 bis 116 richtig orientiert und miteinkleineren Teile 111 und 112 liegen in den Luftspalten ander verbunden, wird ein Drehmoment wie bei den 97 des Statorteiles 88, wenn der Rotor 107 und der früheren Ausführungsbeispielen erzeugt, das die Stator 88 zusammengefügt sind. An den äußeren Randsegmente 109 und 110 und demzufolge den Flächen der Randsegmente 109 und 110 sind vier Rotor 107 dreht, entweder in Uhrzeigerrichtung oder Spulen 113,114,115 und 116 befestigt. Diese Spulen 35 in Gegenuhrzeigerrichtung, was von der Polarität des sind in einer flachen Form vorgewickelt und dann Stromes abhängt, der den Wicklungen zugeführt wird, auf der Fläche der Randsegmente 109 und 110 be- Somit wird eine Rotationsbewegung von der Drehfestigt oder in diese eingeformt. Die Form der Spulen momcnterzeugereinrichtung der Vorrichtung abist am besten aus Fig. 8 zu erkennen. Jede Spule gegeben. Die Spulen 121 und 122 sind mit dem gleibesitzt einen Zweig, der sich parallel zur Rotations- _3o chen Rotor 107 verbunden und liegen zwischen den achse erstreckt, der in den Luftspalt eintritt,.und die Armpaaren 99 und 100 der Stellungssignalerzeuger-

stellen 98. Wenn die Spulen 102 unter Strom stehen, wird jeglichfc Verschiebung der Spulen 121 und 122 in den Luftspalten zwischen den Armen 99 und 100 35 die Verteilung der Magnetflüsse in jeder der Spulen 121 und 122 verschieben. Diese Verschiebung in der Verteilung der Magnetflüsse erweist sich als eine Änderung in der Amplitude und Phase in den Spulen 121 und 122 und wird dazu verwendet, den Rotations-Erhebungen 119 und 120 tragen zwei Spulen 121 und 40 betrag festzustellen, der durch die Drehmoment- 122. Beide Spulen 121 und 122 sind auf eine isolierte erzeugereinrichtung der Vorrichtung herbeigeführt Röhrenform in der üblichen Weise gewickelt, und die worden ist.

Formen sind dann auf die Erhebungen 119 und 120 Die beiden beschriebenen Ausführungsformen

gesetzt und vermittels eines Klebstoffes auf der Fläche kombinierter Drehmomenterzeuger- und Signal- 123 befestigt oder indem sie in den Rotor 107 ein- ₄₅ erzeugervorrichtungen sind so konstruiert, daß Ängebettet sind. Die Spulen 121 und 122 liegen in den derungen in der Temperatur während der Tätigkeit,

die eine Ausdehnung der Teile verursachen können, keine Störung des Gleichgewichtszustandes in der Vorrichtung herbeiführen können. Neben Kompakt-50 heit, einfacherer Herstellung und geringerem Gewicht als die bisherigen Vorrichtungen fällt eine Verbindungsstange zwischen dem Drehmomenterzeuger und dem Signalerzeuger fort, wodurch auch fremde Drehmomente eliminiert werden, die auf Grund der Gegezeigt, als Lcitungsanschlüssc für die verschiedenen 55 samtbesclilcunigung der Vorrichtung auftreten, die Spulen, die auf dem Rotor 107 verwendet werden. dazu neigen, die Genauigkeit zu beeinträchtigen. Die Anschlußmittel zwischen den Anschlußstiften In beiden Ausführungsformen ist die Signal-

126 und den Enden der Spulen 113 bis 116 und der erzeugereinrichtung in der Drchmomenterzeugcrvor-Spulen 121 und 122 können von der üblichen Art richtung enthalten, ohne daß dadurch die Symmetrie sein. Diese Anschlußmittel sind nicht dargestellt, aber 60 des Rotors an seiner Achse senkrecht zur Achse der es versteht sich, daß sie in die Oberfläche des Rotors Relativbewegung beeinträchtigt würde, und außer- 107 eingebettet oder aufgeklebt sein können in dem ist in dem zuletzt beschriebenen Beispiel auch irgendeiner üblichen Weise. der Stator um seine Achse symmetrisch. Diese AufWenn der Rotor 107 mit dem Stator 88, wie weiter rechtcrhaltung der Symmetrie ist von Vorteil zur Aufoben erwähnt, zusammengebracht wird, liegen die 65 rechterhaltung des radialen Gleichgewichts der Rimdseymente 109 und 110 des Rotors in den Luft- Kreiselteile, an denen der Rotor befestigt ist. In spalten 97 und dem Kanal 105. Der Kern 124 des beiden Ausführungsbeispiclen sind zwei diametral Rotors 107 liegt in der Öffnung 95 des Permanent- geuenüberliegende Drehmomcnterzcugcrstellcn und

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vier Zweige sind alle einer Mittellinie 117,118 der Randsegmente 109,110 symmetrisch benachbart. Die Verbindung der Spulengruppe 113 bis }16 ist schematisch in F i g. 9 gezeigt.

Zusätzlich zu den Randsegmenten 109,110 sind in der Mitte zwischen diesen Segmenten Erhebungen 119 und 120 gebildet, die sich axial zur Peripherie der Nabenplatte 108 des Rotors 107 erstrecken. Die

Luftspalten, die zwischen dem Annpaar 99 und 100 gebildet sind, weiche den Signalerzeugcrstellen 98 angehören. Die Verbindung zwischen den Spulen 121 und 122 ist schematisch in F i g. 9 gezeigt.

Der Rotor 107 trägt an seiner Nabe 108 einen Kern 124, der eine mittlere öffnung 125 besitzt. Eingebettet in den Kern 124 sind vier Anschlußstifte 126. Die Anschlußstifte sind wieder sehcmatisch in Fig. 9

in der letzten Ausführungsform auch zwei diametral gegenüberliegende Signalerzeugerstellen vorhanden. Dadurch ist es möglich, unerwünschte Kräfte in axialer Richtung auszugleichen, die sonst Reibung an den Lagern hervorrufen würden und die lineare Charakteristik stören würden und die Genauigkeit der übertragenen Signale.

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetischer Drehmomentengeber für Kreiselgeräte od. dgl. mit magnetische Pole aufweisenden feststehenden Magnetteilen (Stator), gegenüber diesen drehbar gelagerten Teilen (Rotor) sowie zwei Gruppen von Spulen, von denen die eine von einem das Drehmoment erzeugenden Strom durchflossen wird, während in der anderen von der relativen Winkelstellung der drehbaren gegenüber den feststehenden Teilen ab- »o hängige Spannungen induziert werden, und wobei die der Stellungssignalerzeugung dienenden Teile längs der Rotorachse etwa in der gleichen Höhe angeordnet sind wie die der Drehmomenterzeugung dienenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetteile (65, 66, 74, 78) feststehend im Stator und die Spulen schwenkbar derart auf dem zumindest im Bereich der Spulen becherförmigen Rotor (52) angeordnet sind, daß sich zwei zur Drehmomentenerzeugung dienende Spulen (60, 61-62, 63), bezogen auf die Schwenkachse des Rotors, räumlich und magnetisch symmetrisch gegenüberstehen, während die der Signalerzeugung dienenden Spulen (59) im Winkelraum zwischen den Drehmomentenerzeugerspulen angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem aus einem nicht magnetischen Werkstoff, vorzugsweise Kunststoff, bestehenden, zumindest im Bereich der Spulen becherförmigen Rotor die Spulen (59; 60, 62-63), die zumindest teilweise als Flachspulen gewickelt und der Becherwand entsprechend gebogen (Fig. 3) sind, an der Becherwand befestigt, vorzugsweise in die Becherwand eingebettet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des becherförmigen Rotors (52) mit einer in das Becherinnere hineinragenden, zugleich die Spulenanschlüsse tragenden Nabe (53) versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mägnetteile (65, 66, 74, 78) des Stators die Wand des becherförmigen Rotors (52) zumindest teilweise von außen umfassen und teilweise in den Innenraum des Rotors (52) hineinragen, so daß sich die von der Rotorwand getragenen Spulen im Luftspalt zwischen den inneren (66, 74) und den äußeren Magnetteilen (65, 78) bewegen können.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive Signalerzeuger eine oder mehrere auf Maenettcilen (78) fest angeordnete Feldwicklungen (85, 86) aufweist und die der Winkelstellung entsprechenden Signale in einer oder mehreren im Luftspalt von Magnetteilen (74, 78) beweglichen, auf dem Rotor angebrachten Signalspulen (59) induziert werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Luftspalte des induktiven Signalerzeugers gegenüber denen des Drehmomentenerzeugers in der Ebene der Rotordrehung um etwa 90° versetzt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die der Drehmomentenerzeugung dienenden Statorteile (65, 66) zumindest teilweise aus permanentmagnetischem Material bestehen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Magnetteil (65) und der innere Magnetteil (66) des Drehmomentenerzeugers jeweils halbkreisförmig gebogen sind und zwischen ihren polschuhartigen Endteilen (67, 68) je einen von zwei sich, bezogen auf die Rotorachse, diametral gegenüberliegenden Luftspalten (69) bilden (F i g. 2).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8. dadurch gekennzeichnet, daß der Signalerzeuger zwei stationäre, im wesentlichen E-förmige Magnetteile (74,78) umfaßt, von denen einer (74) innerhalb und der andere (78) außerhalb des Rotorrandes (54) liegt, wobei drei parallele Schenkel des äußeren Joches (78) nach innen gerichtet sind und in einer Richtung mit drei parallelen, nach außen gerichteten Schenkeln des inneren Joches (74) liegen, so daß drei über den Umfang verteilte, den die Signalerzeugerspulen (59) tragenden Rand (54) des Rotors aufnehmende Luftspalte (82, 83, 84) entstehen, wobei die" äußeren beiden Schenkel des äußeren Joches (78) von erregerstromgespeisten Feldspulen (85, 86) umgeben sind (F i g. 2).

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch unwirksame Gleichgewichtsspule (58) auf dem Rotorrand (54) diametral gegenüber der Signalerzeugerspule (59) angeordnet ist (F i g. 2).

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Signalerzeuger (98, 121, 122) symmetrisch an, bezogen auf die Rotorachse, diametral gegenüberliegenden Stellen angeordnet und um 90° mit Bezug auf die sich diametral gegenüberliegenden Luftspalte (97) des Drehmomentenerzeugers versetzt sind (Fig. 5).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator einen Statorring (90) und einen zentrisch innerhalb des Ringes gelagerten, vorzugsweise permanentmagnetischen Statorkern (92) umfaßt, wobei der Statorring (90) diametral gegenüberliegende, nach innen gerichtete Polstücke (93) trägt, die zwei schmale, den die Drehmomentenerzeugerspulen (113 bis 116) tragenden Rotorrand (109,110) aufnehmende Luftspalte (97) zwischen sich und dem Statorkern (90) begrenzen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorrand (109) aus zwei sich diametral gegenüberliegenden Segmenten besteht und in den am Umfang zwischen diesen Segmenten liegenden Bereichen die beiden Signalerzeugerspulen (121, 122) angeordnet sind (Fig. 7).

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Signalerzeuger

ein außerhalb des Rotorrandes (109) ortsfest gelagertes, im wesentlichen E-fö'rmiges Magnetjoch (96) mit drei parallelen, nach innen gerichteten Schenkeln (99,100,101) umfaßt, dessen äußere Schenkel (99, 100) von erregerstromgespeisten Feldspulen (102) umgeben und länger sind als der mittlere Schenkel (101), wobei je eine Signalerzeugerspule (121,122) im Bereich zwischen den

äußeren Enden der beiden Außenschenkel (99, 100) am äußeren Umfang des Rotors befestigt ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotorrand, zumindest in den die Flachspulen aufnehmenden Bereichen, eine möglichst geringe, vorzugsweise nur die zur Aufnahme der Spulen erforderliche Wandstärke aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen