DE2113991A1

DE2113991A1 - Magnetische Kupplung bzw.Induktionskupplung

Info

Publication number: DE2113991A1
Application number: DE19712113991
Authority: DE
Inventors: John Noddings
Original assignee: Associated Engineering Ltd
Current assignee: Associated Engineering Ltd
Priority date: 1970-03-23
Filing date: 1971-03-23
Publication date: 1971-10-14
Also published as: JPS463343A; FR2083515B3; FR2083515A3; GB1318206A

Description

PATENTANWÄLTE Z I I 3 3 9 I DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN

D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54

22. März 1971 Cz./Mü.

Anmelder:

Associated Engineering Limited, 60 Kenilworth Road, Leamington Spa, Warwickshiere, England

Magnetische Kupplung bzw. Induktionskupplung |

Die Erfindung betrifft eine magnetische Kupplung bzw. eine Induktionskupplung zur intermittierenden übertragung eines elektrischen Signals zwischen zwei relativ bewegbaren Körpern.

In einer Hinsicht der Erfindung schließt die Induktionskupplung erste und zweite ferromagnetische Kerne ein, wobei je einer an jedem der relativ bewegbaren Körper befestigt ist, daß jeder Kern' eine Wicklung aufweist, wobei in eine der Wicklungen das elektrische Signal eingespeist und von der jeweils anderen Wicklung das elektrische Signal intermittierend aufgenommen wird, daß der erste Kern einen ferromagnetischen Kreis bildet, abgesehen von einem Spalt bzw. Luftspalt zwischen sich gegenüberliegenden Polflächen des ersten Kerns, die im allgemeinen zueinander ausgerichtet sind, daß der zweite Kern eine solche Größe und Form besitzt, daß, wenn die Kerne in ihren entsprechenden Körpern angeordnet sind und die relative Bewegung stattfindet, der zweite Kern zwischen den PoI-

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flächen innerhalb des Spaltes bei einem Teil bzw. Abschnitt der relativen Bewegung liegen wird, um den ferromagnetischen Kreis zu vervollständigenj wobei bei diesem Abschnitt der relativen Bewegung das elektrische Signal von einer Wicklung auf die andere übertragen wird, daß die Polflächen und der zweite Kern in einer solchen Lage angeordnet sind, daß eine begrenzte Bewegung zwischen den Kernen in wenigstens einer Richtung, die normal zur relativen Bewegung liegt, eine vernachlässigbare Änderung in der Summe der Spaltlängen zwischen den Polflächen und den angrenzenden Flächen des zweiten Kerns erzeugt. Vorzugsweise sind die Polflächen flach und parallel ausgebildet. Die Endflächen des zweiten Kernes, die an die Polflächen angrenzen, können ebenfalls flach und parallel ausgebildet sein.

Zweckmäßigerweise sind beide Kerne derart angeordnet, daß ihre Flächen alle parallel verlaufend befestigt sind, wodurch die begrenzte Bewegung zwischen den Kernen in zwei Richtungen, die normal zur relativen Bewegung liegen, die vernachlässigbare Änderung im Verhältnis des elektrischen Eingangs- und Ausgangssignals erzeugt. Vfünechenswerterweise sind die Polflächen des ersten Kerns von einer Größe und die Endflächen des zweiten Kerns von einer anderen Größe, wodurch sich das Verhältnis der elektrischen Signale für eine wesentliche Strecke der relativen Bewegung nicht bedeutend ändert.

Geeigneterweise schließt die Kupplung eine Vielzahl von zweiten

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Kernen ein, von denen jeder eine gesonderte Wicklung aufweist, die mit einem verschiedenen elektrischen Signal gespeist wird, und wobei die zweiten Kerne angeordnet sind, der Reihe nach den Spalt des ersten Kerns zu passieren bzw. zu durchlaufen.

Nach einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung schließt ein elektrisches Signalübertragungssystem eine Induktionskupplung ein, wie sie oben beschrieben ist, in der bzw. in dem eine Wicklung auf ei- | nem der Kerne mit einem veränderbaren Impedanzwandler zusammengeschaltet ist, wobei eine Wicklung auf dem anderen der Kerne von einem Oszillator gespeist wird, und daß eine Einrichtung zum Erfassen der Änderung der scheinbaren Impedanz des oszillatorgespeisten Kreises vorgesehen ist, wenn die Impedanz des Wandlers geändert wird.

Nach einer alternativen Hinsicht der Erfindung schließt ein elektrisches Signalübertragungssystem eine Induktionskupplung ein, wie sie oben beschrieben ist, bei der bzw. bei dem eine Wicklung auf einen der Kerne mit einem veränderbaren Impedanzwandler zusammengeschaltet ist, wobei eine Wicklung auf dem anderen der Kerne als eine frequenzbestimmende Induktanz in einem elektrischen Oszillatorkreis geschaltet ist, und daß eine Einrichtung zum Erfassen der Änderung der Oszillationsfrequenz des Oszillatorkreises , vorgesehen ist, die durch die scheinbare Änderung der Induktanz erzeugt wird, wenn die Impedanz des Wandlers geändert wird_T

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Zweckmäßigerweise besteht der Wandler aus einer veränderbaren Resistanz, Kapazitanz oder Induktanz, oder er kann auch aus einem Thermoelement bestehen, das die Wicklung eines Feldefekttransistors speist.

Die Erfindung ist nachstehend näher beschrieben, jedoch nur im Wege eines Ausführungsbeispieles und mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

Pigur 1: Eine Ansicht auf eine Ausführungsform einer Induktionskupplung nach der Erfindung,

Figur 2: eine perspektivische Ansicht auf eine Änderung der Figur 1,

Figur 3: eine Blockbilddarstellung eines eüäctrischen Signalübertragungssystems, das eine Induktionskupplung nach der Erfindung einschließt,

Figur 4: eine Blockbilddarstellung eines alternativen Systems zu Figur 3,

Figur 5: ein Schema eines Wandlers zur Benutzung mit der Induktionskupplung.

Nach Figur 1 ist ein erster ferromagnetischer Kern 10 C-förmig ausgebildet und weist einen Luftspalt zwischen flachen, parallelen und sich gegenüberliegenden Polflächen 11 auf. Eine Primärspule

12 ist um den Kern 10 gewickelt. Ein zweiter zylindrischer ferromagnetischer Kern 13 ist geringfügig kürzer als die Länge des Luftäpaltes in dem ersten Kern 10 ausgebildet. Im Betrieb ist der erste Kern 10 an einem stationären Körper befestigt, und der zweite Kern

13 ist an einem beweglichen Körper 14 befestigt. Die Kerne 10,

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sind in einer solchen Lage angeordnet, daß, bei einem Teil der Bewegung des Körpers 14 relativ zum stationären Körper, der zweite Kern 14 den Luftspalt passieren bzw. durchlaufen wird, wobei die Achse des Kerns 13 normal zu den Polflächen 11 liegt und wobei der Kern sich in einer Richtung bewegt, die normal zur Achse des Kerns 13 liegt.

Der zweite Kern 13 weist eine Wicklung 15 auf, die mit einem Wand- | ler T zusammengeschaltet ist, der von dem beweglichen Körper Ik getragen wird. Der Wandler ist von der Art, die, wenn sie einem sich ändernden Parameter unterworfen wird, ihre Impedanz ändert, wie aus der Wicklung 15 sichtbar wird. Der Wandler besteht zweckmäßigerweise aus einer veränderbaren Resistanz, Kapazitanz oder Induktanz. Wie in Figur 5 dargestellt ist, kann der Wandler alternativ ein Generator sein, wie z.B. ein Thermoelement 16, das in die Wicklung 15 über einen Feidefekttransistor 17 einspeist, so daß Änderungen des Thermoelementausgangs eine scheinbare Änderung der Impedanz in der Wicklung 15 erzeugen werden.

Wenn der zweite Kern 13 nicht in dem Luftspalt liegt, wird die scheinbare Impedanz der Primärspule 12 niedrig und induktiv sein. j Wenn der zweite Kern in den Luftspalt eintritt, wird die Impedanz der Primärspule 12 ansteigen gemäß des verbesserten magnetischen ; Kreises durch die Kerne. Der tatsächliche Wert der Impedanz der ' Primärspule 12 wird von der Impedanz des Wandlers T abhängen, der

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auf Parameter empfindlich ist, die gemessen werden sollen, und vom Wert des Kupplungskoeffizienten zwischen den Wicklungen 12 und 15. Der Kupplungskoeffizient hängt unter anderem von der totalen Länge des Luftspaltes in dem magnetischen Kreis ab. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, werden, wenn der zweiter Kern 13 axial bewegt wird, die kleinen Luftspalte zwischen den Enden des Kernes 13 und den angrenzenden Polflächen 11 sich an einem Ende verkleinern und am anderen Ende vergrößern, die totale Länge verbleibt jedoch konstant. Auf diese Weise ist die Induktionskupplung relativ unempfindlich in Bezug auf Bewegungen des zweiten Körpers 14 in der genannten Richtung. Es wurde festgestellt, daß bei einem Luftspalt von dreißig Tauselnsten eines Zolls keine bedeutende Änderung im Kupplungskoeffizienten eintritt, und zwar über die zentralen zwölf Tausenstel eines Zolls axialer Bewegung.

Figur 1 zeigt ebenfalls, daß die Querschnittsflächen des zweiten Kernes 13 viel kleiner sind als die des ersten Kernes 10. Dies sichert, daß der zweite Kern 13 sich innerhalb des magnetischen Feldes zwischen den Polflächen 11 für einen bedeutenden Teil bzw. Abschnitt der Bewegung zwischen den beiden Körpern befindet. Dabei wird das Signal bei gleichbleibendem Wert für eine kurze Zeit übertragen, und wenn das Eingangssignal zur Sekundärentwicklung 15 gleichbleibend ist, wird das Ausgangssignal von der Primärspule 12 ein Impuls (entweder positiv oder negativ) sein mit geeigneten Flanken, jedoch mit einem flachen Oberteil bzw. mit einer flachen j Kopflinie. Diese Anordnung macht den Kupplungskoeffizienten ebenfalls

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pfindlich in Bezug auf geringfügige Bewegungen des zweiten Kernes 13 relativ zum ersten Kern 10 in einer Richtung, die normal zur Achse des zweiten Kernes 13 und die normal zu der gedachten relativen Bewegung zwischen den Körpern liegt. Selbstverständlich kann ein ähnlicher Eflekt dadurch erreicht werden, daß die Querschnittsfläche des zweiten Kernes 13 größer hergestellt wird als die des ersten Kernes 10.

Figur 2 zeigt, wie, z.B. durch Einkapselung in einem festen Block 18 aus Isoliermaterial, mehrere zweite Kerne 13, Jeder mit einem verschiedenen Wandler zusammengeschaltet, befestigt werden können, um der Reihe nach den Luftspalt passieren zu können, so daß Signale vom Wandler zur Spule 12 in der entsprechenden Reihenfolge übertragen werden können, in diesem Fall muß Jeder zweite Kern 13 frei von dem Feld des ersten Kernes bzw. aus diesem herausgelangt sein, bevor der zweite Kern als nächstes in das Feld eintritt.

Figur 3 zeigt ein System, in dem die Induktionskupplung verwendet i werden kann. In dieser Anordnung erzeugen die Änderungen in der

, scheinbaren Impedanz der Primärspule 12 Amplitudenmodulationen des Trägersignals, das durch einen Oszillator 19 geliefert wird. Die Änderung der Impedanz erzeugt eine Änderung in der Spannung über einem niedrigen Widerstand 20. Diese Spannungsänderung passiert einen Signalverstärker 21, einen Detektor 22, ein mittelbildendes ' bzw. mittelwertbildendes Filter 23 und einen Qleichstromverstärker

, 2k und erreicht ein geeignetes Aufzeichnungsgerät 30. Das Aufzeichnungsgerät kann z.B. ein ultravioletter Spuraufzeichner oder ein

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- 8 Schreibgerät sein.

Figur 4 zeigt ein alternatives System, in dem die Primärspule als eine frequenzbestimmende Induktanz in einem Oszillator 25 geschaltet ist. Die Änderungen in der scheinbaren Induktanz gemäß der wechselnden Impedanz vom Wandler erzeugen Modulationen der Frequenz, bei der der Oszillator arbeitet. Diese Frequenzmodulation wird in bekannter Weise hergestellt durch einen begrenzenden Verstärker 26, einen monostabilen Schaltkreis 27, ein mittelwertbildendes Filter 28 und einen Gleichstromverstärker 29 und erreicht ein geeignetes Aufzeichnungsgerät. Es sind verschiedene Abänderungen der Erfindung innerhalb des Gedankens, wie er in den anliegenden Ansprüchen wiedergegeben ist, möglich. Z.B. können andere Stellungen und Formen der Polflächen 11 und des zweiten Kerns 13 vorgesehen werden, die eine zufriedenstellende Unempfindlichkeit in Bezug auf unbeabsichtigte relative Bewegungen des ersten und zweiten Kernes 10, 13 erzeugen werden, vorausgesetzt, daß der totale übrigbleib-ende Luftspalt durch diese letztgenannte Bewegung unverändert bleibt.

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Claims

DR. HUGO WILCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN

D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54

22. März 1971 Cz./WH.

Anmelder:

Associated Engineering Limited, 60 Kenilworth Road, Leamington Spa, Warwickshire, England

Patentansprüche

ι 1.1 Magnetische Kupplung bzw. Induktionskupplung zur intermittierenden übertragung eines elektrischen Signals zwischen zwei relativ bewegbaren Körpern, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung erste und zweite ferromagnetische Kerne einschließt, wobei je einer an jedem der relativ bewegbaren Körper befestigt ist, daß jeder Kern eine Wicklung aufweist, wobei in eine der Wicklungen das elektrische Signal eingespeist und von der jeweils anderen Wicklung das elektrische Signal intermittierend aufgenommen wird, daß der erste Kern einen ferromagnetischen Kreis bildet, abgesehen von einem Spalt bzw. Luftspalt zwischen sich gegenüberliegenden Polflächen des ersten Kerns, die im ^ allgemeinen zueinander ausgerichtet sind, daß der zweite Kern eine solche Größe und Form besitzt, daß, wenn die Kerne in ihren entsprechenden Körpern angeordnet sind und die relative Bewegung stattfindet, der zweite Kern zwischen den Polflächen innerhalb des Spaltes bei einem Teil bzw. Abschnitt der relativen Bewegung liegen wird, um den ferromagnetischen Kreis zu vervollständigen, wobei bei diesem Abschnitt der relativen Bewegung das elektrische Signal von einer Wicklung auf die andere übertragen wird, daß die Polflächen und der

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zweite Kern in einer solchen Lage angeordnet sind, daß eine begrenzte Bewegung zwischen den Kernen in wenigstens einer Richtung, die normal zur relativen Bewegung liegt, eine vernachlässigbare Änderung in der Summe der Spaltlängen zwischen den Polflächen und den angrenzenden Flächen des zweiten Kerns erzeugt.
2. Induktionskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kerne derart angeordnet sind, daß ihre Flächen alle parallel verlaufend befestigt sind, wodurch die begrenzte Bewegung zwischen den Kernen in zwei Richtungen, die normal zur relativen Bewegung liegen, die vernachlässigbare Änderung im Verhältnis des elektrischen Eingangs- und Ausgangssignals erzeugt.
3. Induktionskupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polflächen des ersten Kerns von einer Größe und die Endflächen des zweiten Kerns von einer anderen Größe sind, wodurch sich das Verhältnis der elektrischen Signale für eine wesentliche Strecke der relativen Bewegung nicht bedeutend ändert.
4. Induktionakupplung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von zweiten Kernen einschließt, von denen jeder eine gesonderte Wicklung aufweist, die mit einem verschiedenen elektrischen Signal gespeist wird, und wobei die zweiten Kerne angeordnet sind, der Reihe nach den Spalt des ersten Kerns zu passieren bzw. zu durchlaufen.
5. Induktionskupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Kerne so befestigt sind, daß sie den Luftspalt der Reihe nach passieren können, daß die Lage der zweite Kerne der-art ist, daß gesichert ist, daß die zweiten Kerne im wesentlichen frei vom Feld in dem ersten Kern sind, bevor der nächste zweite Kern in das Feld eintritt.
6. Elektrisches Signalübertragungssystem mit einer Induktionskupplung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kupplung bzw. dem System eine Wicklung auf einem der Kerne mit einem veränderbaren Inpedanzwandler zusammengeschaltet ist.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung auf dem anderen der Kerne mit einem elektrischen Oszillator gespeist wird, und daß eine Einrichtung zum Erfassen der Änderung der scheinbaren Impedanz des oszillatorgespeisten Kreises vorgesehen ist, wenn die Impedanz des Wandlers geändert wird.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Impedanz eine Änderung in der Spannung über einer Belastung erzeugt und daß die Spannungsänderung verstärkt und erfaßt wird und dann über ein mittelwertbildendes Filter und einen Gleichstromverstärker zu einem Aufzeichnungsgerät geleitet wird.
9. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine

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Wicklung auf dem anderen der Kerne als eine frequenzbestiriunende Induktanz in einem elektrischen Oszillatorkreis geschaltet ist, und daß eine Einrichtung zum Erfassen der Änderung der Oszillationsfreqenz des Oszillatorkreises vorgesehen ist, die durch die scheinbare Änderung der Induktanz erzeugt wird, wenn die Impedanz des Wandlers geändert wird.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmodulation, die durch Änderungen in der Frequenz des Oszillators erzeugt ist, einem begrenzenden Verstärker zugeleitet wird, der einen monostabilen Schaltkreis speist, und daß der Ausgang des monostabilen Schaltkreises über ein mittelwert-bildendes Filter und einen Gleichstromverstärker einem Aufzeichnunssgerät zugeführt wird.
11. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler von einem bewegbaren Körper getragen und mit der Wicklung des zweiten Kernes zusammengeschaltet ist.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von zweiten Kernen und Wicklungen vorgesehen ist, wobei jede Wicklung mit einem verschiedenen Wandler zusammengeschaltet ist.

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