DE1566789A1

DE1566789A1 - Arrangement for the contactless transfer of measured values from a rotating to a stationary part

Info

Publication number: DE1566789A1
Application number: DE19671566789
Authority: DE
Inventors: Udo Bosse; Dietrich Stoeckmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-09-30
Filing date: 1967-09-30
Publication date: 1970-04-30
Also published as: CH489788A; FR1586500A; AT289931B

Description

Anordnung zum berührungslosen Übertragen von Meßwerten von einem rotterenden. auf einen feststehenden Teil. Arrangement for the contactless transmission of measured values from one rotterenden. on a fixed part.

Bei elektrischen Maschinen können festtehende Wicklungen mit Temperaturfühlern, a,B, Kaltleitern, auf Übertemperatur in bekannter Weise überwacht werden. Handelt es sich um rotierende Wicklungen, dann sind solche Überwachungsinrichtungen möglich, wenn für die Übertragung zwischen den rotierrenden un feststchenden Teilen Schleifringe oder äheliche Einrichtungen vorgeschen werden. Diese haben aber den Mangel, daß sie ständigem Verschleiß unterliegen. und einer dauernden Wartung bedürfen. Außerdem bestehen die Scjhwerigkeiten an den bewegten Schleifringkontakten, die im wesentlichen durch die zu geringe Konstanz der Übergangswiderstände an den BUrsten bedingt sind.Fixed windings with temperature sensors, a, B, PTC thermistors, are monitored for excess temperature in a known manner. Acts if the windings are rotating, then such monitoring devices are possible, if slip rings are used for the transmission between the rotating and fixed parts or similar facilities are provided. But these have Defect, that they are subject to constant wear and tear. and require constant maintenance. In addition, there are difficulties with the moving slip ring contacts that mainly due to the insufficient constancy of the contact resistance at the brushes are conditional.

Die Erfindung gibt eine Anordnung an, die eine berührungslose Übertragung von Meßwerten von einem rotierenden auf ein feststebendes Teil ohne Schleifringe od. dgl. erlaubt und sich durch einen äußerst geringen Aufwand Suszeichnet.The invention specifies an arrangement that enables contactless transmission of measured values from a rotating to a stationary part without slip rings or the like. Allowed and is characterized by an extremely low effort Sus.

Die erfindugsgemäße Anordnug ist dadurch gekennzeichnet, daß im rotierenden Teil ein Schwingkreis vorgeschen ist, der aus einem Kondensator, einer Induktivetät und dinem Meßindikator besteht, und daß die Induktivität über einen Luftaplt mit mehreren Wicklungen eines Übertragers in feststehenden Teil gekoppelt sowei in diesem mit mindestens ein altiosa und mehreren pasiven Schaltelementn zu einem oszillator zusammengfügt ist, Durch die eage induktive Kopplung zwische der Schwingkreistindktivtät ud der Übertragerinduktivität schsingt der Oszillator mit der Besonansfrequenz des Schwingkereise.The inventive arrangement is characterized in that the rotating Part of an oscillating circuit is made up of a capacitor, an inductance and dinem measuring indicator, and that the inductance via an airaplt with several windings of a transformer coupled in a fixed part as well as in this with at least one altiosa and several passive switching elements to form an oscillator is joined together, by the eage inductive coupling between the resonant circuit inductivity ad the transformer inductance, the oscillator sings with the special frequency of the Swinging circle.

Ängerungen der elektrischen Meßindikatoreigenschaften rutin Änderungen der Schwingkreiseigenschaften hervor, In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.Changes in electrical measurement indicator properties rutin changes the resonant circuit properties. In the drawings are some exemplary embodiments the Invention shown.

Fig. 1 zeigt die Welle 1 einer elektrischen Maschine, die einen Läufer 2 mit seiner Wicklung 3 trägt. Weiterhin sind ein Wellenlager 4, ein Lagerschild 5 und eine Lagerkappe 6 dargestellt. -In der Wellenstirnseite sind eine Spule 7 und ein Kondensator 8 sowie in. der Wicklung 3 ein oder mehrere Kaltleiter 9 vorgesehen, die zusammen einen Schwingkreis bilden.- Im Lagerdeckel 6, also in dem feststehenden eil, sind eine aus mehreren Wicklungen beatehende Spule 10, ein Transistor 11 als aktives Schaltelement und weitere passive Bauelemente, die nachstehend erläutert sind, untergebrancht.Fig. 1 shows the shaft 1 of an electrical machine, which has a rotor 2 with its winding 3 carries. Furthermore, a shaft bearing 4, a bearing plate 5 and a bearing cap 6 are shown. -In the end of the shaft there is a coil 7 and a capacitor 8 and one or more PTC thermistors 9 are provided in the winding 3, which together form an oscillating circuit.- In the bearing cover 6, i.e. in the stationary one eil, are a coil 10 ventilating from several windings, a transistor 11 as active switching element and other passive components, which are explained below are interrupted.

Fig. 2 zeigt das Gesm schalt bild des Oszillators, Der Transistor ll-bildet mit den Wicklungen 10', 10" und 7 einen rückgekoppelten A-Verstärker, der mit der Resonanzfrequezn des Kreises mit'den Teilen 7, 8 und 9 schwingt. Die Übertrangung des Scheinwiderstandes des Schwingkreises erfolgt über einen Luftspalt 12 mit der Kopplung M. Verwendet man für die beiden Spulen rotationssymmetrische Magnetsysteme, so kann ohne Änderung der Kopplungsverhältnisse is Stillstand und bei Rotation eine Übertragung der Meßwerte vorgenommen werden, weil das Magnetsystem so aufgebaut ist, daß nur eine Änderung des Luftspaltes, nicht aber wie Rotation den Kopplungsfaktor ändert.Fig. 2 shows the Gesm circuit diagram of the oscillator, the transistor ll-forms a feedback A-amplifier with the windings 10 ', 10 "and 7, which oscillates with the resonance frequency of the circle mit'den parts 7, 8 and 9. the The impedance of the resonant circuit is transmitted via an air gap 12 with the coupling M. One uses rotationally symmetrical ones for the two coils Magnet systems, so can be standstill and without changing the coupling conditions in the case of rotation, the measured values are transmitted because the magnet system is constructed in such a way that only a change in the air gap, but not like rotation changes the coupling factor.

Zum Einstellen des Arbeltspanktes des Verstärkers dient ein Spannungsteiler 13, 14, eu dessen Stabilisierung ein Emitterwiederstand 15 und ein Basiwiderstand 16 sowie die Zenerdioden 21. Eine zusätzliche Wicklung 17 dient Zur Ansteuerung des Relais 18, wobei der Gleichrichter 19 eine Gleichrcung der ausgekoppelten Wechselspanung vornimmt.A voltage divider is used to set the working range of the amplifier 13, 14, eu whose stabilization is an emitter resistor 15 and a base resistor 16 and the Zener diodes 21. An additional winding 17 is used for control of the relay 18, the rectifier 19 rectifying the decoupled AC voltage undertakes.

Beim Erreichen einer vorgegebenen Grenzemperatur der Wicklungen vergrößert sich der Widerstand des Kaltleiters 9 um einige Zehnerpotezne, so daß der Schwingkreis stark gedämpft wird. Hierdurch werden die Rückkopplungsbedingungen so geändert, daß der Oszillator nicht mehr schwingfähig ist.When a predetermined limit temperature of the windings is reached, it is enlarged the resistance of the PTC thermistor 9 by a few tens, so that the resonant circuit is strongly attenuated. This changes the feedback conditions so that that the oscillator is no longer able to oscillate.

Die Schwingugen setzep aus, In der Wicklung 17 wird dann keine Spannung mehr induziert,, und das Relsais 18 fällt ab. :X,it dessen relasiskonatten kann ein entsprechendes Signal asugelöst werden. Während dises Zustandes, in dem der kaltleiter einen sehr hohen Wiederstadn angeonmmen hat, besteht die Möglichkeit, daß der Oszill@@@@@ mit siner durch Induktivistät @@@@@@@@@@ Wicklungskap@@@@@@@@@@@ Resonanafraun @@@@@@@@@@ II t':;'j>'tea"br:;" - - t, t,' @@@@@@@@@@@, daß man @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@ Gegenakoppulung @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@ors schaltat; Die @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@zator 20', der @@@@@@@@@@@ dem @@@@@@@@@@@@@@@@ Tieinaß für diese unrwünsch@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ sielt warden.The oscillations stop, there is then no voltage in the winding 17 more induced, and the relais 18 drops. : X, it can talk about its relasiskonatten a corresponding signal can be released. During this state in which the PTC thermistor has assumed a very high recovery, there is the possibility of that the oscillation @@@@@ with siner through inductivity @@@@@@@@@@@ Wicklungskap @@@@@@@@@@@@ Resonanafraun @@@@@@@@@@ II t ':;' j> 'tea "br :;" - - t, t, '@@@@@@@@@@@, that one @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@ Gegenakoppulung @ @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@ ors schaltat; The @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@ zator 20 ', the @@@@@@@@@@@ to the @@@@@@@@@@@@@@@@ Tieinaß for these undesirable @@@@@@@@@@@@@@@@@ @@@@@@@@@@@@@@@ You will be served.

In Fig. 3 ist eine abgeänderte Schaltung dargestellt. Hier ist der Transistor 22 als B-Verstärker gewshaltet. Bei Bedämpfung des Schwingkreises, also beim Ansprchen der Kaltleiter, vermindert sich hierbei der aufgenommene Gleichstrom, wodurch das Relais 23 zum Abfall kommt. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß nur zwei Zuleitungen benötigt werden.In Fig. 3 a modified circuit is shown. Here is the one Transistor 22 is used as a B amplifier. With damping of the resonant circuit, that is when the PTC thermistor is used, the direct current consumed is reduced, whereby the relay 23 comes to waste. This circuit has the advantage that only two leads are required.

In Fig. 4 ist die Schaltung nach Fig. 2 so erweitert, daß auf dem bewegten Wicklungsteil mehrere Reichenschealtungen von Kaitleitern mit Kondensatoren parallel suzm Schwingkries geschaltet sind. Wird ein Kaltleiter hochohmig, so wird der Schwingkreis auf eine andere Proqens abgestimmt, so daß der Oszillator mit dem Verstärker mit dieser neune Prequens schwingt. In der Auswerteschaltung ist Jedes Relais 24, 25 und 26 als Anzeigeeinrichtung einem Filter 27, 28 und 23¼ zugeordnet. Das Relais 24 zeigt bei unbeeinflußten Indikatoren die Grundstellung der Einrichtung nach dei Ruhestromprinzip an. Die dabei vorhandene Frequenz des Osmillators wird also als Überwachungsfrquens benutzt, Wird die Wicklung oder, eine Teilwicklung unsulässig erwärmt, so wird über den betreffenden Kaltleiter der sugordneter Kondensator unwirksam gemacht. Das Grundstellungsrerlais fällt ab, und das zugeordnete Relais zieht an. Hierdurch kann zum Beispiel eine selektive Temperaturgrenzwertmeldung vorgenommen werden. Es ist auch möglich, verschiedens Elemente mit entsprechenden Grenzwerten zU beutzen, um eine Übertragung gestaffelter Meßgrößen druchzuführen. Bei Verwendung eines Indikators mit kontinuierlich mit der meßgröße veränderlichen Eigenschaften, ist es asuch möglich, analoge Meßwerte zu übertragen.In Fig. 4, the circuit of FIG. 2 is expanded so that on the moving part of the winding several Reichschealtungen of Kaitleitern with capacitors are connected in parallel with the Schwingkries. If a PTC thermistor becomes high resistance, then the resonant circuit is tuned to another Proqens, so that the oscillator with the Amplifier vibrates with this nine prequens. Everyone is in the evaluation circuit Relays 24, 25 and 26 assigned as a display device to a filter 27, 28 and 23¼. The relay 24 shows the basic position of the device in the case of unaffected indicators according to the closed-circuit principle. The existing frequency of the oscillator is So used as a monitoring frequency, the winding or, a partial winding Insufficiently heated, the respective PTC thermistor is used to create the condenser rendered ineffective. The basic position relay drops out and the assigned relay attracts. This enables, for example, a selective temperature limit value message be made. It is also possible to combine different elements with appropriate Use limit values to achieve a Transfer of graduated measured values to carry out. When using an indicator with continuously with the measured variable variable properties, it is also possible to transmit analog measured values.

In den Fig. 5 und 6 sind beispielsweise zwei Ancordnungen dargestellt, bei denen die Wicklungsspulen in Eisen- oder Ferritkerenen 30, 31 bzw. 32, 33 untergebracht und ringförmig um die Welle angeordnet sind. Dadurch tritt ebenfalls durch die Rotation keine Änderung der Kopplunseverhältnisse ein, und die Übertragung kann wie bei Fig, 1 sowohl bei Stillstand als auch bei Rotation erfolgen. Diese Anordnungen ermöglichen die Ausnuntzung des weiten Weillensendwes, B. aum Anbau eines Gebers ftlr einen Tachometer, Eine weitere Verbesserung besteht darin, daß der Indikator in den Gleichstromzweig einer Gleichrichter-Brückenschaltung eingeschaltet wird uni die Wchselstormklemmen der Gleichrcihter-Brückenschsltung lit den Schwingkreiselementen in Reithe gesobaltet werden. Hierdurch wird der Indikator vom Gleichstrom der Brückenschaltung durchoflossen. Benutzt man in diesem Fall einen Kaltleiter so wird hierbei für den Betrieb eine besonders günstige Kennlinie des Kaltleiters ausgenutzt. Zusätzlich entsteht durch die Anwendeug einer Gleichrichterbrücke eine erhöht. Selbstsperrung der Schaltung gegen Wideranschwingen druch Störsignale, weil die zu Uberwindende Schwellspannung der Gleichrichterventile ein Wiederanschwingen des Oszillators verhindern. In Figs. 5 and 6, for example, two arrangements are shown, in which the winding coils are housed in iron or ferrite cores 30, 31 or 32, 33 and are arranged in a ring around the shaft. This also occurs through the rotation no change in the coupling ratios, and the transmission can be carried out as in Fig. 1 take place both at standstill and during rotation. These arrangements allow the utilization of the vast willows, e.g. to add a transducer for one Tachometer, another improvement is that the indicator is in the direct current branch A rectifier bridge circuit is switched on and the alternating current terminals the rectifier bridge circuit lit the oscillating circuit elements in Reithe will. As a result, the indicator is traversed by the direct current of the bridge circuit. If a PTC thermistor is used in this case, a particularly favorable characteristics of the PTC thermistor are used. Additionally arises through the use of a rectifier bridge increases. Self-locking of the circuit against Recoil due to interfering signals, because the threshold voltage to be overcome Rectifier valves prevent the oscillator from oscillating again.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht nur auf Temperaturmessungen beschränkt, sondern kann auch für andere Meßgrößen verschiedener Art, z. B. Feuchtigkeit, magnetische FlUsse usw. benutzt werden. Dies setzt die Wahl geeigneter Meßindikatoren voraus, deren elektrische Eigenschaten durch, den jeweiligen Meßwert der betreffenden Megröße veränderbar ist. In diesem Zusammenhang können auch in vorteilhater Weise Meßindikatoren mit binärer Informationsaugabe angewendet werden. Hierzug gehören 1.13. Bimetallkontate.The arrangement according to the invention is not only based on temperature measurements limited, but can also be used for other measured variables of various types, e.g. B. moisture, magnetic fluxes etc. are used. This presupposes the choice of suitable measurement indicators advance, their electrical properties by, the respective measured value of the relevant Measure size is changeable. In this context, can also be advantageous Measurement indicators with binary information output are used. Belong to this 1.13. Bimetal contacts.

12~Ansprüche 6 Figuren12 ~ claims 6 figures

Claims

Claims: 1. Arrangement for the contactless transmission of measured values from a rotating to a stationary part, characterized in that an oscillating circuit is provided in the rotating part, which consists of a capacitor, an inductance and a measuring indicator and ate the inductance over an air gap with several windings of a transformer in the fixed part coupled as well as with at least one active and several passive switching elements is combined to form an oscillator.

2. Arrangement according to claim 1, characterized gekennzeiohnet that one with The oscillator amplifier built on the active switching element as an A amplifier is carried out and the coupling of measured values takes place via one of the windings.

Arrangement according to claim 1, characterized in that sin with the active switching element built-up amplifier of the oszillabors naph type of a B-amplifier is carried out and the decoupling ton Meßweriten by -oh an Anseleinrichtung whose input is connected in series with the amplifier to a voltage source is.

4. Arrangement according to claims 1, 2 or 3, characterized in that that several indicators are provided in the resonant circuit that form an average take several readings.

5. Arrangement according to the response 1, 2 or 3, thereby g, e-. indicates that several indicators and several capacitors are provided, each for itself affect the resonant circuit in terms of frequency that all when influenced resulting Prequenzen over downstream filters separate display devices control and that the frequency when uninfluenced, th indicators as the monitoring frequency is used.

6. Arrangement according to claims 1 to 6, characterized daduroh, that the windings of the resonant circuit and the transformer are rotationally symmetrical Bisenouer ferrite cores accommodated and the cores on one end of the rotating Shaft are arranged so that the rotation does not change the coupling conditions can occur, so that the transmission of the measured values during rotation and during standstill is possible.

7. Arrangement according to claims 1 to 5, characterized in that that between collector and base or between base and emitter of the transistor Frequency-dependent negative feedback elements or low-pass filters are provided that favor the non-oscillating state of the oscillator and undesirable oscillations avoid,

8. Arrangement according to claims 1 to 5, characterized in that Voltage-stabilizing switching means are provided that are independent of the transistor properties keep the feedback start point of the oscillator at a predetermined value.

9. Arrangement according to claims 1 to 8, characterized in that that indicators are provided for various measured variables that depend on change their electrical properties from the measured value of the measurands.

10. The arrangement according to claim 9, characterized by the use of indicators with binary information output.

11. Arrangement according to claims 1 to 10, characterized in, that the indicator is connected to the Gelichtromzweig of a rectifier bridge circuit iot and their.

AC terminals connected to the Schwinkgkrselemenmt in field are

12. Arrangement according to claims 1 to 5 and 7 to 11, characterized characterized in that the iron or yerrite cores are arranged in a ring around the shaft sind9 so that the rotation does not change the coupling conditions and the transmission is possible at standstill and rotation. Blank page