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"Mehrschicht-Wicklungen für Lage-Meßtransformatoren Die Erfindung
betrifft Mehrschicht-Wicklungen (Mehrlagen-Wicklungen) fur Lage-Meßtransformatoren
(Meßwandler, Positions-Meßtransformatoren) und bezweckt die Schaffung von Lage-Meßtransformatoren
für Drehbewegungen und lineare Bewegungen, die eine genauere Winkelverstellung oder
lineare Verschiebung als bekannte Transformatoren dieser Art zulassen.
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Eine weitere Aufgabe und ein Gegenstand der Erfindung bestehen darin,
Nehrschicht-Wicklungen in Art gedruckter Stromkreise für Lage-Meßtransformatoren
zu schaffen, die dadurch in der Lage sind, Konfigurationen magnetischer Polung zu
erzeugen, die bei einschichtigem Aufbau nicht möglich sind, und zwar zum Zweck des
Reduzierens des Transformatoren dieser Art eigenen Fehlers und zum Erzielen einer
vollkommneren sinusförmigen Kopplungssignalwelle.
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Eine weitere Aufgabe undein Gegenstand der Erfindung bestehen in
der Schaffung eines Lage-
Meßtransformators mit mehrphasigen planparallelen
Wicklungen sowohl im beweglichen als auch im stationären Glied.
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Die Erfindung sieht eine Mehrzahl von Anordnungen zusammenwirkender
Wicklungen vor, wobei die Anordnungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
benachbart in Form mehrerer Schichten oder Lagen ausgeführt sind und in einer anderen
Ausführungsform der Erfindung seitlich gegeneinander versetzt in einer einzigen
Schicht enthalten angeordnet sind.
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Weitere Einzelheiten und Neflenale der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.
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Im folgenden werden mehrere Ausfuhrungs£ormen der Erfindung beispielhaft
anhand der. Zeichnung beschrieben; die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen: Fig.
1 einen Vertikalschnitt durch einen Drehlage Meßtransformator, Fig. 2 und 3 jeweils
Ansichten-auf Ausschnitte von Schichten von Wicklungen für ein Glied des Drehlagen-Meßtransformators,
in schematischer Darstellung.
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Fig. 4 eine Ansicht eines Wicklungsabschnitts des anderen Gliedes
des Lage-Meßtransformators, ebenfalls in schematischer Darstellung, Fig. 5 ein Verdrahtungsschema
mit den Verbindungen der aneinanderliegenden Abschnitte von
Wicklungsschichten,
wobei die in den Fig. 2 und 3 gezeigten acht Leiter pro Abschnitt oder Segment als
vier Leiter dargestellt sind, Fig. 6 ein weiterentwickeltes Verdrahtungsschema für
die drehbare Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 4, welches ebenfalls für die lineare
Form gemäß Fig. 7 geeignet ist und die Anordnungen der Verbindungen der Wicklung
schichten - zeigt, Fig. 7 eine perspektivische, auseinandergezogene Darstellung
eines linearen Lage-Meßtransfor motors, Fig. 8 und 9 die Verbindungen verschiedener
Sektoren zweier Wicklungsschichten des Drehlagen-Meßtransformators, wobei Fig. 8
die Verbindungen des inneren Stators, ohne Darstellung der Sektoren aufzeigt und
Fig. 9 die Verbindungen des äußeren Stators, Fig.-10 eine Ansicht der gedruckten
Klemmen der Sektoren der jeweiligen Schichten, Fig. 11 eine Anordnung eines Dreiphasen-Dreischicht-Stators,
Fig. 12 eine andere Ausführungsform der Erfindung mit zwei Rotorwicklungen, Fig.
13 eine auseinandergezogene Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung
mit einem Rotor und einem Stator, wobei die Statorwicklung die Form verschiedener
Ringe in
einer einzigen Schicht aufweist.
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Der Drehlagen-Msßtransformator ist in der Zeichnung allgemein mit
Xezugßzeåchen 1 bezeichnet und weist einen Rahmen 2 auf, auf welchem eine Stator-Grundplatte
3 abgestützt ist, an welchem eine Leiterschicht 4 befestigt ist, welche gegenüber
der Grundplatte 3 durch eine Kunststoff-Klebeschicht (z.B. einen Kunstharzkleber)
5 isoliert ist.
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Die Leiter der Schicht 4 sind wie in Fig. 2 gezeigt angeordnet bzw.
ausgebildet. Auf der Leiterschicht 4 ist eine zweite Schicht 6 von Leitern gemäß
der inFig. 3 gezeigten Anordnung befestigt. Die bei ter der Schicht 6 sind mittels
einer Kunststoffklebeschicht 7 isoliert und sind benachbart den Leitern der ersten
Schicht 4 angeordnet, wie später noch genauer beschri*ben wird.
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Der Rahmen 2 umfaßt Lager 8,9, die eine Welle 10 tragen, an der eine
Rotor-Grundplatte 11 befestigt ist, an welcher eine Rotorwicklung in der Form der
Leiterschicht 12 angebracht ist, welche gegenüber der Grundplatte durch ein Kunststoff-Bindemittel
13 isoliert -ist; ferner sind zwei Anschlußklemmen 14 und 15 zu den Rotorleitern
vorgesehen.
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Die Leiterschichten 4 und 6 und die Leiterschicht 12 sind geschlossen
über den gesamten Kreisumfang vorhanden. Die zwei Anschlußklemmen der Leiterschicht
4, benachbart der Stator-Grundplatte 3 sind mit 17,18 in
Fig. 1
angegeben. Die zwei Anschlußklemmen für die Leiterschicht 6, welche auf der ersten
Leiterschicht 4 angeordnet ist, sind bei 15',16 in Fig. 1 gezeigt.
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Die Schicht 12 der Rotorleiter ist von den Statorleitern der oberen
Schicht 6 durch einen schmalen Luftspalt in der Größenordnung von 0,01 Zoll (ca.
0,25 mm) entfernt.
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Fig. 2 zeigt ein Ringteilstück der Statorleiter der Schicht 4, dargestellt
durch die vier Segmente 19a,b,c,d, einer Gesamtzahl von 48 Segmenten. Jedes Segment,
wie 19a, umfaßt acht radiale Streifen, wie bei 20 gezeigt, die in Serie geschaltet
sind und Anschlußklemmen bzw. Pole 21,22 aufweisen.
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Fig. 3 zeigt ein Ringteilstück der Statorleiter der Schicht 6, ähnlich
demjenigen der Leiter der Schich;w4 mit Streifen 23, ähnlich den Streifen 20 der
Schicht 4. Wie Fig. 2 zeigt Fig. 3 vier Segmente, bzeichnet mit 39a bis 39d, einer
Gesamtzahl von 48 Segmenten, wobei jedes Segment acht radiale Streifen 23 besitzt.
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Die Anschlußklemmen 24,25 sind von den Klemmen 21,22 der Leiter gemäß
Fig. 2 versetzt, so daß, wenn die beiden Schichten. aneinander anliegend (benachbart)
angeordnet sind, die Klemmen der einen Schicht 4 nicht über den Klemmen der anderen
Schicht 6 zu liegen kommen.
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Fig. 4 zeigt ein Ringteilstück-der Schicht 12 von Rotorleitern, die
in diesem Beispiel 360 Streifen 26 umfaßt, die eine wesentlich geringere Länge als
die Streifen 20 und 23 aufweisen. Zwar ist eine Einphasenwicklung gezeigt, aber
es ist alternativ auch eine Mehrphasenwicklung, ähnlich derjenigen der Fig.
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2 und 3, möglich.
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Fig. 5 zeigt schematisch zwei Sektoren 40,41 eines Rings von Statorleitern
und zwei Sektoren 42,43 eines anderen Rings von Statorleitern; in dieser Figur sind
die Leiter der Schicht 4 mit den Sektoren 42,43, welche der Grundplatte 3 am nächsten
stehen, in strichlierten Linien dargestellt und die darüber angeordneten Leiter
der Schicht 6 der Teile 40,4i in durchgezogenen Linien.
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Die Sektoren jeder der jeweiligen Schichten 4 und 6 sind abwechselnd
als Sinuswicklung und benachbarte Sektoren sind abwechselnd als Kosinuswicklung,
wie in der US-Patentschrift Nr. 2 799 835 beschrieben, verbunden, d.h. z.B. alle
geradzahligen Sektoren bilden die Sinuswicklung und alle ungeradzahligen Sektoren
die Konsinuswicklung oder umgekehrt.
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Fig. 6 zeigt schematisch die Verbindungen der Sinus- und Kosinuswicklungen
der zwei Schichten von Statorleitern, wobei, gemäß Fig.'7 die innere Schicht mit
35, die äußere mit 37 bezeichnet ist. Im beschriebenen Beispiel besitzt der Rotor
360- Pole, wobei
Jede Statorwicklung 384 Pole besitzt und in 48
Sektoren von Jeweils acht Polen unterteilt ist.
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Vierundzwanzig Sektoren sind bei Jeder der Zweiphasenwicklungen in
Reihe geschaltet, wobei die Sinussektoren mit den Kosinussektoren ineinander verschachtelt
sind.
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Ein Sinussektor einer Schicht ist gegenüber der Lückezwischen benachbarten
Sinussektoren der anderen Schicht angeordnet, nämlich gegenüber dem Xosinussektor
der anderen Schicht, wobei die Sinuswicklungen aller Schichten zusammen, von der
Rotorwicklung aus gesehen, im wesentlichen eine kontinuierliche Wicklung darstellen.
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Die Wicklungen der inneren und äußeren Schichten 35 und 37 gemäß
Fig. 6 sind im wesentlichen nicht induktiv miteinander verbunden wie noch beschrieben
wird.
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Gemäß Fig. 6 sind die Sinuswicklungen der Schichten 35 und 37 wie
folgt miteinander verbunden: S2 der inneren Schicht 35 mit S3 der versetzten Sinuswicklung
der äußeren Schicht 37, S4 der äußeren Schicht 37 nit 35 der inneren Schicht 35;
S6 der inneren Schicht 3S mit S7 der äußeren Schicht 37, Sl und 88 sind Kleinen.
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Die Kosinuswicklungen sind wie folgt verbunden:
C2
der äußeren Schicht 37 mit C3 der versetzten Kosinuswicklung der inneren Schicht
35; C4 der inneren Schicht 35 mit C5 der äußeren Schicht 37; C6 der äußeren Schicht
37 mit C7 der inneren Schicht 35; C1 und C8 sind Klemmen.
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Wenn der Rotor in der in Fig. 6 gezeigten Position ist, sind die
Sinuswicklungen der Schichten 35 und 37 in Null-Stellung gegenüber der Rotorwicklung
38.
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Die Statorwicklungen sind in Null-Stellung gezeigt, können aber auch
in einer maximalen Kopplung zueinander stehen. Die Kosinuswicklungen sind sich gegenseitig
unterstützXend und im wesentlichen in der maximalen Kopplungsstellung zum Rotor
gezeigt.
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Bei der in der US-Patentschrift 2 799 835 gezeigten Anordnung sind
die Sinus und Kosinuswicklungen infolge ihrer gegenseitigen Verschachtelung jeweils
nicht kontinuierlich.
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Durch die vorliegende Erfindung ist diese Bedingung vermieden, da
die Sinus- und Kosinuswicklungen tatsächlich kontinuierlich sind, und zwar wegen
der Verbindung der Wicklungen der zwei Schichten 35 und 37, wie im Zusammenhang
mit Fig. 6 gezeigt und beschrieben.
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In einer älteren Ausführung würde eine Abnormität der Rotorwicklung
ein moduliertes Fehlersignal, proportional zur Frequenz der Verteilung des Sektoren,
erzeugen; d.h. auf diesen Fall angewendet, 24 oder 48 Zyklen. Infolge der Erfindung
wird das Fehlersignal
im wesentlichen eliminiert.
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Durch Anfüilen des Raums zwischenden Sinussektoren, z.B. mit den
Sinussektoren der benachbarten Schicht, wird die Modulationsfrequenz des Fehlersignals
vnn einem Signal mit großer Amplitude und niedriger Frequenz in ein Signal mit geringer
Amplitude und hoher Frequenz abgeändert. Während die Wicklungen als inneren und
äußeren Schichten angehörig gezeigt wurden, ist es selbstverständlich auch möglich,
daß sie in einer beliebigen Schicht angeordnet sind, solange nur die beschriebenen
Verbindungen aufrechterhalten werden. Z.B. könnte die Wicklung zwischen den Klemmen
S3 und S4 in der inneren Schicht liegen und die Wicklung zwischen den Klemmen C3
und C4 in der äußeren Schicht; dies gilt auch für jede andere Wicklung.
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Es ist wünschenswert, daß nur eine sehr geringe Kopplung zwischen
aen Sinus- und Kosinuswicklungen besteht. Die Reduzierung der Kopplung zwischen
der vollständigen Sinuswicklung, zusammengesetzt aus den Sinus sektoren der zwei
Schichten und der vollständigen Kosinuswicklung, aus den Kosinussektoren der zwei
Schichten, wird durch deren Verbindung, wie in Fig. 6 gezeigt und beschrieben, herbeigeführt.
Die Sinussektor-Wicklungen sind zusätzlich und um 90 phasenverschoben mit den Kosinuswicklungen
und die Kosinussektor-Wicklangen sind zusätzlich und um 900. phasenverschoben mit
den Sinuswicklungen verbunden. Dieser Phasenverschiel
bung wegen
existiert zwischen ihnen keine Ropplung.
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Wenn die Statorwicklungen der ersten Schicht ein Doppel derjenigen
der zweiten Schicht sind und deren jeweilige Sinus- und Kosinuswicklungen nur angenähert
um 900 phasenverschoben sind, etwa durch solches Nebeneinander bzw. Gegenüberanordnen
der Schichten, daß deren Sinussektoren über Kosinussektoren zu liegen kommen und
durch Verbinden aller Sinussektoren miteinander und aller Kosinussektoren. miteinander,
dann ergeben sie eine vollständige Sinuswicklung und eine vollständige Kosinuswicklung
mit einer genauen Phasenverschiebung von 90°.
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Versuche mit einem Drehlagen-Meßtransformator gemäß der von der Erfindung
vorgeschlagenen Ausführung haben eine Verbesserung gegenüber bekannten Vorrichtungen
im Verhältnis von 4:1 aufgezeigt.
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Während die Erfindung anhand von 900 phasenverschobenen Mehrschicht-Mehrphasengruppen
von Wicklungen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich möglich, daß diese Wicklungen
auch eine andere Anzahl von Phasen,Sektoren und Streifen aufweisen und entweder
nur an einer der beiden oder an beiden zueinander. relativ bewegbaren Gliedern des
Lage-Meßtransformators angeordnet sein können.
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In Fig. 7 ist die Anwendung der Erfindung auf einen linearen Lagetransformator
dargeste'lt, dereine Skala 30 umfaßt, etwa wie in der US-Patentschrift Nr. 2 799
835 beschrieben, und einen Gleitteil
31, wie allgemein in der
US-Patentschrift Nr.
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2 915 722 beschrieben. Die Skala 30 hat eine Basis 32 aus Metall oder
anderem Material, auf welcher mittels eines nicht dargestellten Isolationsmaterials
eine Reihe von elektrischen Leitern 33 festgeklebt sind.
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Benachbart zu diesen und durch einen Luftspalt getrennt ist der Gleitteil
31 gleitbar angeordnet, der eine Basisplatte 34 aus Metall oder anderem Material
umfaßt, mit welcher mittels eines nicht gezeigten Isoliermaterials eine Leiterschicht
35 des in der oben genannten US-Patentschrift 2 915 722 genannten Typs, s.B. durch
Kleben, verbunden ist.
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Mit dieser Leiterschicht ist, z.B. durch Kleben, eine ähnliche Leiterschicht
37 mittels einer isolationsschicht 36 verbunden. Jedes Paar von Leitersträngen des
entspricht einem Sektor der Rotorwicklungen und die U's sind in der gleichen Weise
verbunden, wie im Zusammenhang mit Fig. 6 erklärt. Der U-förmige Leiterteil ist
Gegenstand der US-Patentschrift 3 064 218.
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In beiden Formen, nämlich der linearen Form und der RotorForm kann
die Grundplatte bzw. Basis der Leiterschicht aus Metall oder magnetischem Material,
wie n der US-Patentschrift 3 202 948. beschrieben, sein.
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Während der I£age-Meßtransformator wie hier bechrieben, seinem Typ
nach ein 2-weiphasentransformator ist, dessen Wicklungen gegeneinander um 90° phasenverschoben
sind,
kann die Erfindung durchaus gleichwertig auf andere Mehrphasenanordnungen von Wicklungen
angewendet werden.
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In vielen Anwendungsfällen ist es wünschenswert, Sinus- und Kosinuswicklungen
sowohl auf dem stationären als auch auf dem beweglichen Glied zu haben. Erfindungsgemäß
wird dies dadurch erreicht, daß die Mehrschichtwicklungen der Fig. 2, 3, 5 und 6
auf beiden Gliedern 3 und 11 des Drehtransformators gemäß Fig. 1 vorgesehen werden
bzw. alternativ dazu, auf den Gliedern 30 und 31 des linearen Lage-Transformators
gemäß Fig. 7. In jedem Fall, sowohl beim Drehlagen-Meßtransformator als auch beim
linearen Meßtransformator hat der Transformator Sinus- und Kosinuswicklungen an
einem Glied, die nicht magnetisch miteinander gekoppelt sind, und Sinus- und Kosinuswicklungen
an anderen relativ zum ersteren beweglichen Glied, die nicht miteinander gekoppelt
sind, wobei die Wicklungen der'Glieder in bewegbarer Relation magnetisch gekoppelt
sind.
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In Fig. 8 sind die Verdrahtungen der Verbindungen zu jedem der 48
Sektoren der inneren.Wicklung 35 dargestellt, von dem den Wicklungen gegenüberliegenden
Glied aus gesehen, wobei die Verbindungen zu jedem Sektor durch die im Glied vorgesehenen
Löcher bzw.
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Bohrungen hindurchgehen.
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Ebenso sind in Fig. 9 die Verbindungen bzw. die Verbindungsleitungen
für die Sektoren der Wicklung 37 dargestellt.
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In Fig. 10 sind die Sektoren der Wicklungen 35 und 37 nebeneinander
angeordnet dargestellt; dabei ist die Isolationsschicht über den Klemmen der inneren
Wicklung zum Zwecke des Herstellens der Verbindung entfernt.
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In Fig. 12 sind zwei Rotorwicklungen, die mit einer Zweiphasen-Statorwicklung
für einen Zweiphasen transformator verwendbar sind in Nebeneinanderanordnung dargestellt.
Die innere Wicklung 45 ist in Neben-bzw. Ubereinanderanordnung mit der äußeren Wicklung
44 dargestellt, wobei diese Wicklungen gegeneinander versetzt sind, und zwar im
gezeigten Beispiel mit 360 Polen umi/201 um die PhasenverschiebunSvon 90 zu erreichen.
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Fig. 11 zeigt eine andere Ausführungsform der Q Erfindung, wobei
drei Schichten von Statorwicklungen in Nebeneinanderanordnung vorgesehen sind, wobei
jede Schicht drei Phasen umfaßt, die mit einer nicht gezeigten Rotorwicklung in
cooperativer Beziehung stehen.
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Die entsprechenden Phasen der drei Statoren sind, wie durch ihre
Polaritäten angezeigt, miteinander zu verbinden.
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Während die Statoren als Schichten dargestellt sind, können sie,
alternativ dazu, auch in verschiedenen
Ringen in einer einzigen
Schicht, wie in Fig. 13 gezeigt, angeordnet seit, was zum selben Ergebnis führt.
Ferner kann der Rotor eine Mehrzahl von Schichten, die mit einer Mehrzahl von Phasen
der vorher beschiebenden Statoren zusammenarbeiten, versehen sein, wobei ein Lage-Meßtransformator
entsteht, der zum Umformen aller Eingangsphasen, z.B. mit zwei Statoren und zwei
Rotorwicklungen, zum Erzeugen eines Vierwicklungs-Resolvers geeigent ist.
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Die Anordnung der Rotorwicklungen gemäß Fig. 12 stellt eine Alternative
dar und kann im Zusammenhang mit Ein- oder Mehrschiöhtstatoren verwendet werden.
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Die Anordnung der Wicklungen gemäß Fig. 12, in geeigneter Weise in
die lineare Form modifiziert, kann anstelle der-Wicklungen 33 der Skala 30 gemäß
Fig. 7 verwendet werden, so daß ein mit vier Klemmen versehener linearer Lage-Meßtransformator
entsteht, der die Statorwicklungen beider Schichten des Gleitteils 34 oder, alternativ
dazu, die Statorwicklungen von nur einer Schicht verwendet.
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-- Patentansprüche -