DE2154731A1

DE2154731A1 - Lagemessumformer

Info

Publication number: DE2154731A1
Application number: DE19712154731
Authority: DE
Inventors: Vincent F Foster
Original assignee: Inductosyn Corp
Current assignee: Inductosyn Corp
Priority date: 1971-11-04
Filing date: 1971-11-04
Publication date: 1973-05-17
Also published as: DE2154731C3; DE2154731B2

Description

Laemeßum£ormer Die Erfindung betrifft einen Lagemeßumformer mit zwei relativ zueinanderbeweglichen Transformatorteilen, von denen eines mindestens zwei Planarwindungen (sogenannte Mehrphasenwindungen) aufweist, welche relativ zueinander räumlich phasenverschoben sind und induktiv gekoppelt sind mit einer anderen Planarwindung des anderen Transformatorteils.
Wenn die eine Windung des einen Teils bestromt wird mit einer primärseitigen Wechselspannung, induziert der Strom in dieser Windung in den anderen Windungen des anderen Teiles eine sekundärseitige Spannung, wenn sich beide Teile nahe beieinander befinden.
In der Praxis haben die Lagemeßumformer einen ersten Transformatorteil mit einer einzigen Windung, welche aus gleichförmig im Abstand angeordneten, in Serie geschalteten aktiven Leitern besteht. Dieses Transformatorteil ist üblicherweise ein Einphasenbauteil, welches in konventioneller Weise eine Referenzteilung definiert, die dem periodischen Abstand der aktiven Leiter entspricht. Bei linear beweglichen Anordnungen wird das Einphasenbauteil "Skala" und bei sich drehender Vorrichtung 'lRotortB genannt.
Das andere relativ bewegliche Teil des Lagemeßtransformators umfaßt üblicherweise zwei Windungen, die realtiv zueinander räumlich phasenverschoben sind, und die in Bezug auf das Einphasenbauteil zwei verschiedene Phasen darstellen, wobei dieses Bauteil allgemein Mehrphasenbauteil genannt wird. Üblicherweise wird das Mehrphasenbauteil im Falle von linear beweglichen Vorrichtungen "Schieber" genannt und bei rotierenden Anordnungen "Stator". Da das Mehrphasenbauteil (Schieber oder Stator) Windungen aufweist, welche räumlich phasenverschoben zueinander sind, weisen diese Windungen eine spezielle Phasenbeziehung zu der Einphasenwindung des Einphasenbauteils (Skala oder Rotor) auf.
Die Phasenverschiebung zwischen den Windungen des Mehrphasenbauteils beträgt üblicherweise ein Viertel des Windungszykluses der Einphasenwindung.
Demgemäß ist die Phasenverschiebung zwischen den Mehrphasenwindungen eine 90 -Phasenverschiebung und diese Phasenverschiebung von 900 entspricht der Phasenverschiebung zwischen einer Sinus- und einer Kosinusfunkt ion. Wenn die Mehrphasenwindungen um einen Viertelzyklus phasenverschoben sind, werden sie übliciierweise als Sinus- und Kosinuswindungen bezeichnet. Die Verwendung von Sinus- und Kosinuswindungen ist üblich, jedoch können auch andere Phasenbeziehungen rerwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, daß die Phasenversciliebung zwischen drei Windungen 1200 beträgt, so daß sich ein Dreiphasensystem ergibt. Der nachfolgend verwendete Ausdruck "mehrphasig" umfaßt alle möglichen Phasenverschiebungen. Der nachfolgend verwendete Ausdruck "Kofunktion" besagt, ein Phasenverhältnis zwischen den Mehrphasenwindungen des Lagemeßtransformators besteht, wobei "Sinus" und "Kosinus" beispielsweise die trigonometrischen Kofunktionen desselben Winkels sind.
Lagemeßtransformatoren der vorgenannten Art sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist im US-Patent 2 799 835 ein Lagemeßtransformator beschrieben, bei welchem Planarwindungen verwendet werden. Obwohl die in diesem Patent beschriebene Anordnung zu einem relativ genauen Transformator führt, sind einige Ausführungsbeispiele schwierig herzustellen, da die körperliche Ausbildung der Mehrphasenwindungen eine große Anzahl von gelöteten oder geschweißten Drahtverbindungen erfordert. Um beispielsweise die verschiedenen aktiven Leiter der Windungen einwandfrei miteinander zu verbinden, d. h., der Leiter, welche quer zur Richtung der relativen Bewegung der Transformatorteile verlaufen, muß ein Loch in den Trägerteil aus Glas oder einem ähnj clieii Material gebohrt werden, welches nahe jeder I,ei tergruppe verläuft, wobei Verb indung sdrali te durchs diese Löcher hindurchgeilen und mit den Leitern verschweißt oder verlötet sind. 121 einem Ausfüiirungs beispiel, welches 24 Leitergruppen aufweist, sind 24 Löcher, 48 Drähte und 48 geschweißte oder gelötete Drahtverbindungen erforderlich.
Weitere Lagemeßtransformatoren mit Mehrphasenwindungen sind beschreiben in den US-Patenten 2 915 722 und 2 924 798. Die US-Patentschrift 2 915 722 befaßt sich mit der Verminderung unerwünschter Komponenten der Induktionsspannung, in dem auf dem Schieber eine erste und eine zweite Mehrphasenwindung angeordnet ist, welche symmetrisch zu einer gemeinsamen Mittellinie angeordnet sind. US-Patent 2 924 798 beschreibt eine zusätzliche Verbesserung der Verdrahtung zwischen den ersten und zweiten in einer Kofunktion stehenden Windungsabschnitte zur Verminderung unerwünschter Induktionsspannungen in der Sekundärwindung.
Obwohl die Maßnahmen nach den US-Patentschriften 2 915 722 und 2 924 798 zu einer wesentlich besseren Betriebsweise eines Lagemeßtransformators führen, ist es mit diesen Verbesserungen noch nicht möglich, den komplizierten Aufbau des Schiebers oder anderer Mehrphasenbauteile zu vermeiden, insbesondere die Anordnung so zu treffen, daß die große Anzahl von Drahtverbindungen und Lötverbindungen entfallen kann.
Der letzte Stand dieser Entwicklung ist der US-Patentschrift 3 441 888 zu entnehmen, die einen vereinfachten Aufbau eines LagemeIStransformators zui Inhalt hat. Diese Patentschrift zeigt in mehreren Schjchten oder Lagen angeordnete Planarwinduiigen, bei denen die Gruppen der Sinus- und Kosinusleiter abwechselnd angeordnet sind in Bezug auf Gruppen von Sinus- und Kosiiiusleitern einer anderen Schicht.
Dieser Aufbau führt wohl zu einer Verbesserung der Genauigkeit, jedoch ist es erforderlich, daß die verschiedenen Leitergruppen untereinander zahlreiche Drahtverbindungen zwischen den verschiedenen Leitergruppen in den verschiedenen Schichten benötigen. Die Art dieser Verbindungen erfordert eine beträchtliche Zahl von Löt- oder Schweißverbindungen, die meist von Hand ausgeführt werden müssen.
Hierdurch ist die Betriebssicherheit eines derartigen Transformators beeinträchtigt.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, daß bei dem Mehrphasenwindungsbauteil bei einem Lagemeßtransformator wesentlich weniger Löt- oder Schweißverbindungen benötigt werden als bei den bekannten Transformatoren. In einem Ausführungsbeispiel sind lediglich zwei derartige Verbindungen erforderlich (außer den sowieso benötigten Anschlüssen) wobei es gleichgültig ist, wie groß die Zahl der Gruppen der aktiven Leiter ist. Ein derartiger Lagmeßtransformator weist wesentlich günstigere Herstellkosten und eine höhere Betriebssicherheit auf.
Das Mehrphasenbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt mehrere Schichten aktiver Leiter.
Gruppen der aktiven Leiter sind miteinander verbunden durch inaktive Leiter zur Bildung von Windungsabschnitten, wobei die Windungsabschnitte untereinanderverbunden sind zur Bildung von Mehrphasenwindungen. Jede Schicht umfaßt eine bestimmte Zahl, üblicherweise eine gleiche Zahl aktiver Leiter der ersten und zweiten Kofunktion. Die Windungsabschnitte sind angeordnet in einer speziellen Phasenrelation zu einer Referenzwindung. Bei der Referenzwindung handelt es sich typischerweise um eine Einphasenwindung des stationären Teils des Lagemeßtransformators. Weiterhin sind die aktiven Leiter in jeder Schicht des Mehrphasenteils so angeordnet, daß ein freier Raum entsteht, d.h., ein Spalt oder Abstand, in-welchem normalerweise bei einer periodischen Anordnung ein oder mehrere aktive Leiter angeordnet wären. Die Schichten sind so zueinander kombiniert, daß die aktiven Leiter in einer Schicht angeordnet sind im Bereich der freigelassenen Räumen der anderen Schicht. Auf diese Weise entsteht ein aus mehreren Schichten aufgebautes Teil, bei welcher in der Draufsicht gesehen die in einer Kofunktion stehenden Windungsabschnitte zwischeneinander angeordnet sind.
Die Gruppen aktiver Leiter, welche die Windungsabschnitte in verschiedenen Schichten bilden, haben eine Gruppierung und eine räumliche Relation, derart, daß sie durch inaktive Leiter miteinander verbunden sind, welche in der gleichen Schicht liegen, jedoch im allgemeinen keine magnetische induktive Relation (Beeinflussung) besitzen, wobei die aktiven Leiter und die inaktiven Leiter als gedruckter Schalttechnik (Leiterplatte) ausgebildet sind.
Gemäß der Erfindung enthält eine Schicht eine Anordnung oder ein Muster von in Zwischenräumen angeordneten Gruppen aktiver Leiter der einen Art, beispielsweise Sinusleiter und eine Gruppe aktiver Leiter der anderen Art, beispielsweise Kosinusleiter, während die andere Schicht eine komplimentäre darüberliegende Anordnung derartiger Gruppen aufweist, die angeordnet sind im Bereich der von Leitern freigelassenen Räumen der ersten Schicht, wobei nur zwei Leitungsverbindungen zwischen den Schichten zur Verbindung der Gruppen gleicher Art vorgesehen sind.
In einer speziellen Anordnung sind die Gruppen der aktiven Leiter und ihre inaktiven Leiterverbindungen symmetrisch in Bezug auf eine Mittellinie angeordnet,um unerwünschte Komponenten der Induktionsspannungen zu vermindern, wobei die inaktiven Leiter im allgemeinen außerhalb der magnetischen induktiven Relation derartiger Gruppen sich befinden.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die die aktiven Leiter der einen Schicht miteinander verbindenden inaktiven Leiter so angeordnet sind, daß sie in induktiv koppelnder Relation zu den inaktiven Leitern der anderen Schicht stehen, welche die dortigen aktiven Leiter miteinander verbinden. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Rückkopplung vermindert oder verhindert, welche sonst auftreten könnte.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht in der Anordnung einer Reihe oder Matrix von Windungsabschnitten, welche gebildet werden durch Gruppen aktiver Leiter1 von denen bestimmte durch inaktive Leiter in der gleichen Schicht verbunden sind, welche zu einen Randbereich der Matrix führen, und andere1 welche durch inaktive Leiter in der gleichen Schicht verbunden sind, welche zum gegenüberliegenden Rand der Matrix führen. Durch die Verwendung von zwei Schichten für derartige Windungsabschnitte, entstehen vier derartige Randbereiche, in welchen die verbindenden inaktiven Leiter angeordnet sind zur Verminderung von Drahtüberkreuzungen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin1 daß die Gruppen von aktiven Leitern einen aktiven Leiter aufweisen, der in einer Schicht angeordnet ist und einen anderen aktiven Leiter, der in der anderen Schicht sich befindet.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen bei verschiedenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. ia zeigt in vergrößertem Maßstab eine Draufsicht auf einen Schieber mit Sinus- und Kosinuswindungen, welche in zwei Schichten angeordnet sind, wobei jede Schicht aus einer gedruckten Schaltplatte besteht, welche beide aktive Leiter aufweisen, welche allgemein die querverlaufenden Leiterteile sind, wobei inaktive Leiter vorhanden sind, welche allgemein längs verlaufen, wobei die aktiven und inaktiven Leiter der einen Schicht voll ausgezogen sind und die aktiven und inaktiven Leiter der anderen Schicht gestrichelt dargestellt sind.
Fig. lb zeigt eine Draufsicht auf eine Einphasenreferenzwixidung mit aktiven Leitern, welche die Referenzteilung bilden1 wobei diese Referenzwindung relativ beweglich ist zu der Mehrphasenwindung nach Fig. la.
Fig. lc zeigt eine Draufsicht auf die Einphasenwindung gemäß Fig. lb, jedoch um einen Viertelzyklus phasenverschoben.
Fig. 2a zeigt eine Draufsicht auf die obere Schicht mit 24 aktiven Leitern, wobei die gesamte Mehrphasenwindung 48 aktive Leiter aufweist.
Fi. 2b stellt eine Draufsicht auf die untere Schicht mit 24 aktiven Leitern dar.
Fig. 2c stellt eine Referenzwindung zu den Windungeß nach Fig. 2a und 2b dar.
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf einen Teil der übereinander angeordneten Schichten nach Fig. 2a und 2b.
Fig. 4 stellt einen Schnitt durch einen Lagemeßtransformator mit einem Mehrphasenbauteil und einem Einphasenbauteil dar, welche durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.
Fig. 5 zeigt ein Mehrphasenbauteil bei einer sich drehenden Anordnung.
Fig. 6a und 6b sind weitere Ausführungsbeispiele der oberen und unteren Schicht entsprechend den Schichten nach Fig. 2a und 2b.
Fig. 7 zeigt die übereinander angeordneten Schichten nach Fig. 6a und 6b, welche angeordnet sind auf einem Grundteil in Bezug auf ein Einphasenbauteil, wobei das letztere aktive Leiter aufweist, welche länger sind als die aktiven Leiter des Mehrphasenbauteils.
Die Fig. la zeigt ein Mehrphasenteil mit mehrphasigen, in einer sogenannten Kofunktion (trigonometrisches Verhältnis) angeordneten Windungen in Form von einer Sinuswindung 18 und einer Kosinuswindung 19. Die Sinuswindung i8 ist angeschlossen an die Anschlüsse 20 und 21, während die Kosinuswindung 19 verbunden ist mit den Anschlüssen 23 und 24. Sowohl die Sinus- als auch die Kosinuswindung 18 und 19 bestehen aus mehreren Windungsabachnitten, die von links nach rechts mit 1 bis 16 bezeichnet sind.. Einige der Windungsabschnitte sind in einer Schicht oder Lage 47, andere in einer Schicht oder Lage 48 und wiederum andere in beiden Schichten oder Lagen angeordnet. Da die Fig. la eine Draufsicht darstellt, sind die Schichten 47 und 48 nicht jede für sich sichtbar, werden jedoch nachfolgend an Hand der Fig. 2, 3,und 4 näher erläutert. Die Schichten oder Lagen 47 und 48 sind durch eine Isolierschicht 49 voneinandergetrennt.
In der Fig. 1a besteht die Sinuswindung 18 aus Windungsabschnitten 1, 3, 5, 7, 10, 12, 14 und 16 und die Kosinuswindung 19 umfaßt die Windungsabschnitte 2, 4, 6, 8, 9, 11, 13 und 15. Hierbei befinden sich die Windungsabschnitte 4, 5* 8, 9, 10, 13 und 14 in einer Schicht und die Windungsabschnitte 2, 3, 6, 7, 11 und 12 in einer anderen Schicht. Die Windungsabschni te 1 und 16 werden durch aktive Leiter von jeder Schicht gebildet. Die Windungsabschnitte. und andere Leiterteile, wie beispielsweise der inaktive Leiter 36 zwischen den Abschnitten 11 und 15, welche in der Schicht 48 angeordnet sind, sind durch ausgezogene Linien dargestellt. Um die verschiedenen Schichten voneinander unterscheiden zu können, sind die Abschnitte und die anderen Leiterteile, wie beispielsweise der inaktive Leiter 35 zwischen den Abschnitten 9 und 13, die in der Schicht 47 angeordnet sind, gestrichelt dargestellt.
Jeder Windungsabschnitt des mehrphasigen Bauteils nach Fig. la umfaßt zwei aktive Leiter -27 und -28. Jedem der aktiven Leiter -27 und -28 ist ein Vorzeichen bzw. eine Vorzahl zugeordnet, die dem entsprechenden Windungsabschnitt entspricht.
Beispielsweise sind die aktiven Leiter des Abschnittes 2 bezeichnet mit 2-27 und 2-28. Jeder der aktiven Leiter -27 und -28 für die 16 Abschnitte der Fig. la enden mit einem Ende in einer Richtung an einem ersten oberen Rand am Isolator 49 und enden mit dem anderen Ende in der entgegengesetzten Richtung an einem zweiten unteren Rand am Isolator 49.
Die Leiter -27 und -28 sind an ihren Enden miteinanderverbunden durch einen inaktiven Leiter -30, wobei jeweils jeder inaktive Leiter -30 ein Vorzeichen bzw. eine Vorzahl entsprechend der Bezugszahl des Abschnittes trägt. Beispielsweise weist der Abschnitt 2 einen aktiven Leiter 2-28 auf, der am oberen Rand 33 über einen inaktiven Leiter 2-30 verbunden ist mit aktiven Leitern 2-27. Die meisten Abschnitte nach Fig. la weisen Abschnittsöffnungen -31 an dem dem inaktiven Leiter -30 gegenüberliegenden Rand längs dieses Randes auf, wobei diese Öffnungen wiederum jeweils das Vorzeichen des entsprechenden Abschnittes tragen. Beispielsweise hat der Abschnitt 2 eine Abschnittsöffnung 2-31 längs des unteren Randes 34 gegenüber dem inaktiven Leiter 2-30.
In Fig. la besitzt der Windungsabschnitt 16 keinen inaktiven Leiter -30. Die aktiven Leiter 16-27 und 16-28 sind in verschiedenen Schichten bzw. Lagen angeordnet. Befinden sich die aktiven Lei ter in verschiedenen Schichten und ist kein inaktiver Leiter vorhanden, werden die Anschlüsse 20 und 21 günstigerweise längs des Randes 34 anstelle des Randes 33 angeordnet, so daß der Windungsabschnitt 16 als Zuführung für diese Anschlüsse dient. Ist jedoch die Öffnung 16-32 ersetzt durch einen inaktiven Leiter i6-30 (nicht gezeigt), welcher die aktiven Leiter 16-27 und 16-28 miteinander verbindet, dann werden die Anschlüsse 20 und 21 günstigerweise längs des Randes 33 angeordnet, beispielsweise als Anschlüsse 20' und 21'. Wird anstelle der Anschlüsse 20 und 21 ein inaktiver Leiter 16-30 vorgesehen, ist natürlich der inaktive Leiterabschnitt 26 zwischen den Anschlüssen 20' und 21' weggelassen.
Während der Windungsabschnitt 16 für die Anschlüsse 20 und 21 als Zuführleitung in zwei verschiedenen Ebenen dient, dient der Windungsabschnitt 1 mit der Öffnung 1-32 in analoger Weise als Zuführleitung für die Verbindungsanzapfungen 37 und 38 in zwei verschiedenen Ebenen. Die bei den Abschnitten 1 und 16 erreichten Verbindungen der Windungsebenen ermöglichen, daß alle Anschlüsse 20, 21, 23 und 24 und die Zwischenverbindungen 37, 38, 60 und 61 längs des Randes 34 angeordnet sind und kein Anschluß sich längs des Randes 33 befindet. Eine derartige Anordnung der Anschlüsse und Verbindungen auf einer Seite ist nützlich, da hierdurch vermieden wird, daß derartige Anschlüsse Kopplungen mit den Anschlüssen einer Einphasenwindung hervorrufen, welche an dem gegenüberliegenden Rand angeordnet ist, wie es die Fig. 7 zeigt.
Die aktiven Leiter -27 und -28, wie beispielsweise in die Leiter 2-27 und 2-28, bilden Windungsabschnitte, welche in bestimmten Intervallen 50 einer ersten Anzahl von periodischen Intervallen 51 und in bestimmten Intervallen 54 einer zweiten Anzahl periodischer Intervalle 55 angeordnet sind. Der periodische Abstand der Windungsabschnitte 1 bis 16 der Fig. la kann am besten erklärt werden in Bezug auf eine Refernzteilung. Die Referenzteilung ist in typischer Weise eine Einphasenwindung eines Lagenmeßtransformators, welcher in Fig. 1b schematisch dargestellt ist.
Due Fig. Ib zeigt eine kontinuierliche Windung 39, welche zwischen den Anschlüssen 40 und 41 geschaltet ist. Die kontinuierliche Windung 39 besteht aus mehreren periodisch angeordneten, parallelen und in Serie geschalteten aktiven Leitern 43. Die aktiven Leiter 43 sind verbunden an ihren Enden und der Oberseite durch inaktive Leiter 45 und an der Unterseite durch inaktive Leiter 46. Die aktiven Leiter 43 sind periodisch im Abstand zueinander mit einem Abstand P angeordnet, so daß gesagt werden kann, daß sie in einem Teilungsschritt P angeordnet sind. Die kontinuierliche Windung 39 bildet einen Zyklus über jeweils eine Distanz von 2P, so daß P ein halber Zyklu8 der Referenzteilung ist.
Der Abstand der Windungsabschnitte nach Fig. la relativ zu der kontinuierlichen Windung 39 als Referenz ist derart, daß die Windungsabschnitte 1, 3, 5, 7, 10, 12, 14 und 16, welche die Sinuswindung 18 bilden, zentrisch angeordnet sind in Bezug auf die Intervalle 50, die der ersten Anzahl der periodischen Intervalle 51 zugehörig sind. Die erste Anzahl der periodischen Intervalle 51 tritt in jedem Iialbzyklus P der kontinuierlichen Windung 39 in der Mitte jedes inaktiven Leiters 45 und 46, wie in Fig. ib gezeigt, auf.
Die Windungsabschnitte 2, 4, 6, 8, 9, 11, i3 und 15 bilden die Kosinuswindung 19 und treten jeweils in bestimmten Intervallen 54 der zweiten Anzahl periodischer Intervalle 55 auf. Die zweite Anzahl periodischer Intervalle 55 ist phasenverschoben in Bezug auf die erste Anzahl periodischer Intervalle~51 um einen Viertelzyklus 2 P/4 der kontinuierlichen Windung 39.
Um zwischen der Sinuswindung 18 und der Kosinuswindung 19 die gewünschte 900-Phasenverschiebung zu erhalten, sind die einzelnen Windungsabschnitte 1 bis 16 in periodischen Abständen zueinanderangeordnet, wobei diese periodischen Abstände die 90°-Phasenverschiebung aufweisen, nämlich im Abstand der ersten Anzahl der periodischen Intervalle 51 oder im Abstand der um 90 phasenverschobenen zweiten Anzahl periodischer Intervalle 55. Während die Windungsabschnitte der Sinuswindung 18 jeweils in periodischen Intervallen 51 angeordnet sind, sind die Windungsabschnitte für die Kosinuswindung 19 in periodischen Intervallen 55 angeordnet. Die Abstände sind die Intervalle 50 und 54, wie in Fig. 1 gezeigt.
Der Abschnittsabstand C zwischen den beiden mittleren Abschnitten 8 und 9 ist in typischer Weise gewählt als nP gemäß dem US-Patent 2 915 722. Hierbei stellt n die gerade Zahl der aktiven Leiter pro Abschnitt dar und P ist der Referenzhalbzyklus. Der auf diese Weise gewählte Abstand C stellt auf diese Weise sicher, daß die Sinus- und Kosinuswindungen 18 und 19 jeweils die gleiche Zahl von Windungsabschnitten symmetrisch in Bezug auf die Mittellinie zwischen den Abschnitten 8 und 9 aufweisen.
Die Fig. 2a zeigt die obere der beiden Schichten oder Lagen eines mehrschichtigen, mehrphasigen Bauteils gemäß der Erfindung. Die Fig. 2a und 2b zeigen in einem Maßstab von etwa ein einhalb der wirklichen Größe einen Schieber gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Fig. 2b zeigt die untere Schicht, welche im Zusammenwirken mit der oberen Schicht gemäß Fig. 2a verwendet wird. Die Schicht der Fig. 2a und 2b weist einen zentralen Abstand C in der Größenordnung von 0,505 cm , wobei der Abstand p zwischen aktiven Leitern in der Größenordnung von 0,084 cm liegt, Die Abstände zwischen den Abschnitten S betragen 0,381 cm. Die Breite b eines typischen aktiven Leiters 3-58 beträgt näherungsweise ein Drittel p oder 0,028 cm. Demgemäß ist der Spalt 8 zwischen aktiven Leitern gleich p minus b oder b ist gleich 2s.
Die obere Schicht 66 oder Lage in Fig. 2a besteht aus 24 aktiven Leitern, gleich dem als typischen Beispiel dargestellten Leiter 3-58a, welche einzeln mindestens Teile von Windungsabschnitten 101, 103, 104, 107, 108, 111,112,113,116, 117, 120, 121 und 124 bilden.
Die aktiven Leiter weisen jeweils eine Vorkennzahl entsprechend den vorverwendeten Kennzahlen auf. Zwischen den Windungsabschnitten sind mehrere Windungsabschnitte weggelassen, so daß Spalte oder freie Räume dort vorhanden sind, wobei einer periodischen Anordnung normalerweise Windungsabschnitte vorhanden sein würden.
Im speziellen sind Windungsabschnitte weggelassen zwischen den Windungsabschnitten 101. und 103, 104 und 107, 1o8 und 111, 113 und 116, 117 und 120, und 121 und 124.
Il1 entsprechender Weise umfaßt die untere Schicht oder Lage 67 mindesten Teile von Windungsabschnitten 101, 102, 405, io6, 109, 110, 114, 115, 118, 119,122, 123 und 124. Wie aus Fig. 2b ersichtlich, sind zwischen den Windungsabschnitten 102 und 105, 106 und 109, 110 und 114, 115 und 118, und 119 und 122 Windungsabschnitte weggelassen, die bei periodischer Anordnung dort angeordnet wären, so daß an diesen Stellen Spalte bzw.
freie Stellen entstehen.
Die Windungsabschnitte 101.und 124 werden gebildet durch aktive Leiter 1-58 (a), 1-58 (b), 24-58 (a) und 24-58(b) von jedem der Schichten nach Fig.2a und 2b. Die aktiven Leiter der einen Schicht der Windungsabschnitte 101 und 124 liegen an Stellen der anderen Schicht, wo der entsprechende aktive Leiter fehlt, also weggelassen ist. Dies bedeutet also, daß der Windungsabschnitt 101 gebildet wird durch einen aktiven Leiter 1-58 (a) in der oberen Schicht 66 zusammen mit dem aktiven Leiter 1-58 (b) der unteren Schicht 67. In entsprechender Weise ist der aktive Leiter 24-58 (a) in der oberen Schicht 66 und der aktive Leiter 24-58 (b) in der unteren Schicht 67 angeordnet und beide bilden zusammen den Windungsabschnitt 124.
Um eine durch die Schichten hindurchgehende Verbindung sicherzustellen, endet der aktive Leiter 1-58 (a) an der Anzapfung 140 und der aktive Leiter 1-58 (b) an der Anzapfung 140'. Eine zweite Verbindung zwischen den Schichten ist vorgesehen zwischen dem Windungsabschnitt 121 und dem Windungsabschnitt 123 mittels der Anschlüsse 141 und 141'. Wenn die Schichten gemäß Fig.
2a und 2b übereinanderangeordnet sind, wie dies teilweise in Fig. 3 gezeigt ist, dann sind die Abgriffe 140 und 141 verbunden mit den Abgriffen 140' und 141' mittels bekannter Mittel. Beispielsweise ist ein Loch 70 durch den Abgriff 140 der oberen Sbhicht gebohrt und ermöglicht eine Lötverbindung 71 zu dem unteren Abgriff 140'.
Die Fig. 3 zeigt einen Teil der oberen Schicht 66 der Fig. 2a überlagert über einen Teil der unteren Schicht 67 gemäß Fig. 2b. Die beiden Schichten sind in der Darstellung etwas gegeneinander verschoben, so daß die untere Schicht auf der Zeichnung sichtbar ist. Obwohl sie nicht genau übereinanderliegend dargestellt sind, ist der inaktive Leiter 74 der Schicht 66, welcher den Windungsabschnitt 101 mit dem Windungsabschnitt 103 verbindet, genau angeordnet über dem inaktiven Leiter 75, welcher den Windungsabschnitt 101 mit dem Windungsabschnitt 105 verbindet. In gleicher Weise ist der inaktive Leiter 77 des Windungsabschnittes 104 genau über dem inaktiven Leiter 78 des Windungsabschnittes 102 angeordnet. Der Zweck der Übereinanderanordnung der inaktiven Leiter der beiden Schichten besteht darin, unerwünschte Kopplungen zu vermindern, die sonst durch die inaktiven Leiter hervorgerufen werden. Neben der Übereinanderanordnung sind die inaktiven Leiter im allgemeinen so geschaltet, daß sie in entgegengesetzter Richtung Strom führen Beispielsweise wird das durch einen Strom durch den inaktiven Leiter 74 erzeugte magnetische Feld wirksam aufgehoben durch ein entsprechendes Feld, welches durch einen entgegengesetzt gerichteten Strom durch den inaktiven Leiter 75 erzeugt wird. Es ist offensichtlich, daß die Ströme gleich und in entgegengesetzter Richtung verlaufen, da die aktiven Leiter 1-58 (a) und 1-58 (b) in Serie geschaltet sind durch die Verbindung 71 zwischen den Schichten mittels der Anschlüsse 140 und t40'.
Die Fig. 2a und 2b in Verbindung mit der Teilansicht nach Fig. 3 zeigen, daß gleiche, jedoch entgegengesetzte Stromverhältnisse zwischen den meisten der übereinanderangeordneten inaktiven Leiter der oberen Schicht 66 und der unteren Schicht 67 bestehen. Beispielsweise läuft ein gleich großer Strom, jedoch in entgegengesetzter Richtung in den übereinanderangeordneten inaktiven Leitern 77 und 78.
Aus Fig. 3 ist deutlich ersichtlich, daß die Windungsabschnitte (die aktiven Leiterteile) eines der beiden Schichten angeordnet sind an den Stellen, wo Windungsabschnitte bei der anderen Schicht (bei stetiger Anordnung) fehlen. Beispielsweise sind die Windungsabschnitte 103 und 104 der oberen Schicht 66 angeordnet im von Windungsabschnitten freigelassenen Raum zwischen den Windungsabschnitten 102 und 105 der unteren Schicht 67. In entsprechender Weise tritt der Windungsabschnitt 102 und der aktive Leiter 1-58 (b) der unteren Schicht 67 auf in dem von Windungen freigelassenen Raum zwischen den Windungsabschnitten 103 und dem aktiven Leiter 1-58 (a) der oberen Schicht 66.
Wenn die obere Schicht 66 und die untere Schicht 67 übereinanderangeordnet sind, wie es die Fig. 3 zeigt, dann sind die Abgriffe 140 und 140' (ebenso wie die in Fig. 3 nicht gezeigten Abgriffe 141 und 141') miteinander verbunden über eine durch die Schicht hindurchgehende Verbindung 71, so daß kontinuierliche Sinus- und Kosinuswindungen gebildet werden. Die Sinuswindung endet am Abgriff 84 der oberen Schicht 66 und am Abgriff 83' der unteren Schicht 67. Die kontinuierliche Kosinuswindung endet in entsprechender Weise am Abgriff 82 der oberen Schicht 66 und am Abgriff 81' der unteren Schicht 67. Analog zu der Zwischenverbindung zwischen den Abgriffen 140 und 140' sind die Abgriffe 81, 82, 83 und 84 untereinander verbunden mit den entsprechenden Abgriffen.81', 82', 83' und 84', um nach außen Anschlüsse zu bilden.
Mit den zwischen den Schichten vorhandenen Verbindungen an den Abgriffen wird die Sinuswindung gebildet durch Abschnitte 101, 103, 105, 107, 109, 11t, 114, 116, 118, 120, 122 und 124. In entsprechender Weise umfaßt die Kosinuswindung Windungsabschnitte 102, 104, 106, 108, 110, 112, 113, 115, 117, 119, 121 und 123. Es ist deutlich sidtbar, daß eine zusammengesetzte Windung, angeordnet in einer oberen Schicht 66 und einer unteren Schicht 67, Sinus- und Kosinuswindungen, zwischeneinander angeordnet, umfaßt, in welchen eine gleiche Zahl aktiver Leiter pro Schicht und weiterhin, in welcher in jeder Schicht die gleiche Zahl aktiver Leiter vorhanden sind, die den Sinus- und den Kosinuswindungsabschnitten zugeordnet sind.
Gemäß der Erfindung weisen die übereinander angeordneten, als gedruckte Schaltungsplatten ausgebildeten Schichten in Fig. 3 eine komplementäre Anordnung aktiver Leiter auf, wenn sie betrachtet werden als zusammengesetzte , gleichförmig im Abstand stehende aktive Leiter einer Sinus- und Kosinuswindungq Weiterhin wird die Interdigitation der Sinus- und Kosinuswindungsabschnitte bei den Windungsabschnitten 112 und 113 umgekehrt, entsprechend der Lehre des US-Patentes 2 915 722.
Infolge der symmetrischen Anordnung mit einer gleichen Anzahl aktiver Leiter pro Schicht, mit der gleichen Anzahl aktiver Leiter in den Abschnitten, die der Sinuswindung und der Kosinuswindung in jeder Schicht zugeordnet sind und durch die Interdigitation der Windungsabschnitte, ist die erforderliche Genauigkeit, mit welcher die Schichten während der Herstellung übereinanderangeordnet werden müssen, vermindert.
Ein Verschieben einer Schicht in Bezug auf die andere Schicht ist tolerierbar, da unerwünschte induzierte Spannungen, die durch eine derartige Verschiebung bewirkt werden, einander aufheben. Diese unerwünschten Spannungen sind im wesentlichen eleminiert durch gleiche, jedoch entgegengerichtete Signale, die in jeder der Sinus- und Kosinuswindungen induziert werden, mit der Wirkung, daß sie einander löschen. Beispielsweise wandert der bei dem Anschluß 81' in Fig.
2b eintretende Strom von rechts nach links längs des inaktiven Leiters 78 und durch jeden der Abschnitte 102, 106, 110, 115, 116 und 123 zum Anschluß 141'.
Wenn die Schicht nach Fig. 2a angeordnet ist über der Schicht nach Fig. 2b, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, dann ist der Anschluß 141' verbunden mit dem Anschluß 141, so daß der beim Anschluß 81' eintretende Strom durch die Abschnitte 121, 117, 113, 112, 108 und 124 hindurchgeht und anschließend von links nach rechts wandert längs des inaktiven Leiters 77 zum Anschluß 82. Hierdurch tritt ein gegenseitiges Löschen auf, da z. B. in den inaktiven Leitern 77 und 78 der gleiche Strom,jedoch in entgegengesetzter Richtung fließt.
In Fig. 2c ist ein Teil einer Einphasenwindung 126 gezeigt, wobei deren relative Größe und Lage bezüglich der Mehrphasenwindung in Fig. 2a dargestellt ist. Es ist lediglich ein Teil dieser Einphasenwindung 126 dargestellt, wobei diese Windung in Praxis eine wesentlich größere Länge aufweist und sich über die Windungsabschnitte 101 und 124 hinaus erstreckt.
Die Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht eines mehrphasigen, aus mehreren Schichten bestehenden Bauteiles 149, welches über einen Bauteil i51 mit einer Einphasenwicklung angeordnet ist. Das Teil 149 besteht üblicherweise aus einem Grundteil 144, welches aus einem relativ dicken und unnachgibigen Material, wie beispielsweise aus Metall oder Glas besteht. Über eine Klebeschicht 145 ist mit dem Grundteil 144 verbunden eine erste Isolierschicht 67'. Diese Schicht entspricht der unteren Schicht 67 nach Fig. 2b. Die Schicht 67' besteht aus einem Isoliermaterial 67' (a) mit einer Leiterschicht 67'(b). Diese letztere Schicht umfaßt Windungsabschnitte, Abgriffe und die anderen Leiter, wie sie in Fig. 2b dargestellt sind.
Auf der Isolierschicht 67' befindet sidi eine Klebeschicht 46, zum Halten einer Isolierschicht 66', welche der oberen Schicht 66 gemäß Fig. 2a entspricht.
Die Isolierschicht 66'. besteht gleich der Isolierschicht 67' aus einem Isoliermaterial 66t (a) und einer Leiterschicht 66' tb). Die letztere Schicht umfaßt die Windungsabschnitte, die Abgriffe und die anderen inaktiven Leiter, wie sie der Fig. 2a zu entnehmen sind.
Mit der Isolierschicht 66l über eine Klebeschicht 147 ist verbunden eine Isolierschicht 68, welche als ol ektrostatischer Schutz dient. Die Isolierschicht 68 umfaßt einen Isolator saa und eine Leiterschicht 63b1 wobei letztere als Leiter ausgebildet ist und beispielsweise aus einer Aluminiumfolie besteht. Die Isolierschicht 68 entspricht derjenigen, welche im US-Patent 3 090 934 beschrieben ist.
Das Grundteil 144 und die darauf befestigten Schichten 145, 67', i46, 66' 147 und 68 bestehen aus einem ersten Bauteil, welches eine erste und eine zweite Isolierschicht 66', 67' mit Windungen in einer Kofunktion umfaßt, wobei jede der Schichten 66' und 67' eine Anzahl von Windungsabschnitten einer ersten und einer zweiten Kofunktion umfaßt, wie dies im Zusammenhang mit den Fig. 2a und 2b erläutert wurde. Weiterhin ist jede Isolierschicht 66' und 67' so angeordnet, daß die aktiven Leiter und die Windungsabschnitte einer der Schichten angeordnet sind über den Stellen, wo die aktiven Leiter und Windungsabschnitte der anderen Schicht au-gespart sind.
Das Teil 149 befindet sich nahe dem Teil 151. Die Teile 149 und 151 sind voneinander getrennt durch einen Luftspalt 150. Das Teil 151 umfaßt einen Grundteil 154, der überlicherweise aus Metall oder Glas besteht.
Ein geeignetes Grundteil aus Metall ist beschrieben im US-Patent 3 202 948. Mit dem Grundteil 154 ist über eine Klebeschicht 128 eine Isolierschicht 1261 verbunden. Die Isolierschicht 126' umfaßt einen Isolator 126' (a) mit einer Leiterschicht 126' (b). Die letztere weist eine Ausbildung auf, die der Einphasenwindung 126 in Fig. 2a entspricht.
Die Teile 149 und i51 sind relativ zueinanderbewegbar, so daß die Windungen der Isolierschichten 66',67' und 1261 induktiv miteinander gekoppelt sind.
Obwohl eine große Möglichkeit der Dimensionierung möglich ist, weisen die typischen Abmessungen der Grundteile und Schichten nach Fig. 4 folgende Dimensionen auf: Teil Nr. Abmessung (cm) 144 0,930 145 0,0013 67'a 0,0051 67'b 0,0025 146 0,0013 66'a 0,0051 66'b 0,0025 147 0,0013 68a 0,0025 68b 0,0025 150 (Luftspalt) 0,013 126'b 0,0025 126a 0,0051 128 0,0013 154 0,930 Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Der nn hand der Fig. 1a, ib, 2a, 2b, 3 und 4 beschriebene Lagenmeßumformer dient der Anzeige der relativen Lage zweier Teile. Die beiden Teile sind üblicherweise starr verbunden mit zwei zueinander relativ beweglichen Teilen eines Gerätes, wie beispielsweise einer Werkzeugmaschine und es ist daher möglich, mit einem derartigen Lagemeßumformer die relative Lage zweier zueinander beweglicher Teile einer Werkzeugmaschine zu erfassen.
Zur Meßung der relativen Lage wird bei dem Lagementransformator , wie er schematisch in den Fig. la und lb gezeigt ist, ein Signal an die Anschlüsse 40 und 41 der kontinuierlicjien Windung 39 nach Fig. ib gelegt. Bei einem derartigen, an den Anschlüssen 40 und 41 anliegenden Signal in der Stellung nach Fig. lb wird ein Maximalsignal induziert in der Sinuswindung 18 und ein Minimalsignal in der Kosinuswindung 19. Das Maximalsignal wird induziert in der Sinuswindung 18, da jeder der aktiven Leiter -27 und -28 jedes Windungsabschnittes der Sinuswindung 18 symmentrisch angeordnet ist zwischen zwei parallel verlaufenden aktiven Leitern 43 der kontinuierlichen Windung 39, so daß die induzierten Spannungen in Jedem der aktiven Leiter -27, -28 gleich groß ist und sich summiert.
Im Vergleich hierzu befinden sich die aktiven Leiter -27 und -28 jedes der Windungsabschnitte der Kosinuswindung 19 in einer Lage, bei welcher sie symmetrisch angeordnet sind jeweils zu einem einzelnen aktiven Leiter 43 der kontinuierlichen Windung 39, so daß die in den aktiven Leitern -27 und -28 induzierten Spannung gleich, jedoch entgegengesetzt gerichtet sind, so daß sie einanderaufheben und das resultierende Signal zu Null wird.
Wird nach Fig. lc die kontinuierliche Windung 39 relativ verschoben zur Sinuswindung 18 und zur Kosinuswindung 19 der Fig. la in Bezug auf die Lage der kontinuierlichen Windung 39 in Fig, 1b, wobei die Verschiebung der kontinuierlichen Windung 39' in Bezug auf die kontinuierliche Windung 39 der Fig. lb gleich einem Viertelzyklus der kontinuierlichen Windung 39 ist, dann entstehen folgende Verhältnisse: Der in der kontinuierlichen Windung 39' der Fig. lc fließende Strom zwischen den Anschlüssen 41' und 40' induziert zwischen den Anschlüssen 20 und 21 der Sinuswindung i8 ein minimales Signal und an den Anschlüssen 23 und 24 der Kosinuswindung 19 entsteht ein maximales Signal.
Wenn die kontinuierliche Windung 39 der Fig. ob verschoben wird in eine Stellung zwischen denjenigen, die die Fig. 1 b und ic zeigt, dann ist die Amplitude der an den Anschlüssen 23 und 24 und an den Anschlüssen a0 und 21 auftretenden Signale' proportional veränderlich. Wenn die kontinuierliche Windung 39 beiBpielsweise in der Mitte zwischen den Lagen nach Fig. Ib und Ic sich befindet, sind die Signale an den Anschlüssen 23 und 24 und an den Anschlossen 20 und 21 gleich groß. Es ist bekannt, daß, jeweils über einen Zyklus gerechnet, relativ gleiche Signale entstehen.
Die obige Beschreibung behandelt den Betrieb eines Lagemeßumformers als Transmitter, d,h., als Geber bzw. Meßwertumformer, Derartige Lagemeßumformer können jedoch auch häufig verwendet werden als "Empfänger". Beim Betrieb als Empfänger liegt zwischen den Anschlüssen 23 und 24 der Anordnung nach Fig. la und ib und ebenso zwischen den Anschlüssen 20 und 21 ein sinusförmiges Signal an. Für bestimmte {gleiche) Amplituden derartiger Eingangssignale wird zwischen den Anschlüssen 40 und 41 ein sinusförmiges Fehlersignal erzeugt, dessen Amplitude eine Funktion der relativen Lage der gegeneinander verschieblichen Teils nach Fig. la und 1b darstellt.
Die Fig. 5 zeigt eine sich drehende Ausführungs ter eines Bauteils 218, welches aus mehreren Schichten bzw£. Lagen aufgebaut ist, t6 Windungsabschnitte aufweist, mehrphasig ist und im speziellen zwei Phasen aufweist.
Das Teil 218 umfaßt Windungsabschnitte 201, 202, ...., 216. Diese Windungsabschnitte sind geschaltet zu einer Sinuswindung 220, welche die Windungsabschnitte 201, 203, 205, 207, 209, 211, 213 und 215 umfaßt. Weiterhin sind sie zu Sinuswindungen 221 geschaltet, bestehend aus Windungsabschnitten 202, 204, 206, 208, 210, 212, 214 und 216. Entsprechend der Darstellung nach Fig. la und 3 sind die Windungsabschnitte, aktiven Leiter und inaktiven Leiter der einen Schicht voll ausgezogen, während die entsprechenden Teile der anderon Schicht gestrichelt dargestellt sind. Beispielsweise ist der aktive Leiter 225 des Windungsabschnittes 215, der inaktive Leiter 226, der den aktiven Leiter 225 mit dem Windungsabschnitt 201 verbindet und der Windungsabschnitt 201 in einer Schicht angeordnet. In entsprechender Weise ist der aktive Leiter 228 des Windungsabschnittes 215, der inaktive Leiter 229, der den aktiven Leiter 228 mit dem Windungsabschnitt 203 verbindet und der Windungsabschnitt 203 in der anderen Schicht angeordnet.
Die Durchbrechung bei einem Teil der Windungsabschnitte 212, 213, 214, 215 und 216 zeigt einen Teil eines einphasigen Bauteiles 232 mit einer kontinuierlichen Einphasenwicklung 231. Die Windung 231 besteht aus mehreren radial verlaufenden, untere inander im gleichen Abstand angeordneten, in Serie geschalteten aktiven Leitern 233. Die aktiven Leiter 233 haben einen Teilungsschritt P', welcher im Falle einer rotierenden Anordnung das Winkelmaß zwischen den aktiven Leitern darstellt. Es sei in diesem Zusammenhang vermerkt, daß in Bezug auf Fig. 1b die Teilung P als lin-earer Abstand zu verstehen ist. Die Windungsabxchnitte des mehrphasigen Teiles 218 sind orientiert mit Windungsabständen S', wobei der Windungsabstand S' in bestimmten Bezug steht relativ zur Teilung P' der aktiven Leiter der des Einphasenbauteiles 232. Im Falle der Fig. 5 ist S' gleich eineinhalbmal P'. Auf diese Weise entsteht eine 900 -Phasenbeziehung zwischen der Sinuswindung 220 und der Kosinuswindung 221.-Wie bereits in Verbindung mit den Fig. ia, 1b und lc diskutiert wurde, können auch andere Abstand de verwendet werden, um andere Phasenbeziehungen zwischen der Einphasenwindung und den Mehrphasenwindungen zu erhalten.
In Zusammenhang mit der Fig. 5 sei vermerkt, daß die Windungsabschnitte, die der Sinuswindung 220 zugeordnet sind, angeordnet sind zwischen den Windungsabschnitten, die der Kosinuswindung 221 zugeordnet sind. Weiterhin erscheint die gleiche Anzahl von aktiven Leitern, die der Sinuswindung 220 zugeordnet sind, in der Leiterschicht 223 (gestrichelt) und in der anderen Leiterschicht 224 (ausgezogen) und weiterhin ist eine gleiche Anzahl aktiver Leiter, die der Kosinuswindung 221 zugeordnet sind, in der einen Leiterschicht 223 und in der Leiterschicht 224 angeordnet. Weiterhin haben die beiden Schichten des Mehrphasenbauteiles 218 aktive Leiter und Windungsabschnitte, die übereinander angeordnet sind, wobei diejenigen der einen Leiterschicht angeordnet sind in Zwischenräumen der anderen Leiterschicht, in welchen Leiter bzw. Windungsabschnitte ausgelassen sind.
Um die Abschnitte der Leiter miteinanderzuverbinden und die gewünschte Kofunktion herzustellen, sind Abgriffe 239 und 240 bei der Schicht 224 und Abgriffe 239' und 240' in der anderen Leiterschicht 223 vorgesehen. Eine Löt- oder andere elektrische Verbindung ist zwischen den Abgriffen 239 und 239', sowie zwischen 240 und 240' vorgesehen. Weiterhin sind Anschlüsse 243 und 244 für die Sinuswindung 220 und Anschlüsse 246 und 247 für die Kosinuswindung 221 vorgesehen, damit eine Verbindung nach außen möglich ist.
Die Fig. 6a und 6b zeigen eine obere Schicht 366 und eine untere Schicht 367, entsprechend den Schichten, wie sie in Fig. 2a und 2b gezeigt sind.
Die Schichten der Fig. 6a und 6b unterscheiden sich von denjenigen der Fig. 2a und 2b darin, daß sie ohne große Abgriffe für die Verbindungen zwischen den Schichten ausgeführt sind und die inaktiven Leiter, welche die aktiven Leiter miteinanderverbinden, symmetrisch angeordent sind. Die aktiven Leiter 357,357', 357" und 357t H der Fig. 6 entsprechend den aktiven Leitern -58 in Fig. 2a und 2b.
Die außen liegenden aktiven Leiter 358 (a)und 358' (a) der oberen Schicht 366 und die am Ende liegenden aktiven Leiter 358 (b) und 358'(b) (b) sind gleich den an den Enden liegenden aktiven Leitern bei Fig. 2a und 2b. Die aktiven Leiter 358 (a) und 358 (b) enden jedoch nicht in großen Abgriffen, sondern gehen über in inaktive Leiter S59 (a) und 359 (b), die dazu dienen, eine Verbindung zwischen den Schichten herzustellen. In gleicher Weise endet der aktive Leiter 361 der oberen Schicht 366 nicht in einem grossen Abgriff (gleich dem Abgriff 141 in Fig. 2a), sondern verläuft lediglich lang genug, um das Ende des aktiven Leiters 358 der unteren Schicht 357 zu überlappen, wenn die obere Schicht 366 über der unteren Schicht 367 liegt. Abgriffen und anderen Unregelmäßigkeiten bei den inaktiven Leitern gemäß Fig. 2a und 2b werden bei der Ausführung nach Fig. 7 vermieden.
Die Fig. 7 zeigt ein relativ bewegliches Bauteil 325 mit einer Mehrphasenwindung 328, bestehend aus einer oberen Schicht 366 gemäß Fig. 6a und einer unteren Schicht 367 gemäß Fig. 6b, welche auf der Unterseite eines Trägerteiles 320 befestigt sind. Das Teil 325 ist relativ beweglich zu dem Bauteil 332. Das Bauteil 332 umfaßt eine Einphasenwindung 326 mit aktiven Leitern gleich den Leitern 330, 330', 330'', welche eine größere Länge aufweisen als z. B. die aktiven Leiter 357, 357', und somit die Mehrphasenwindung 328. Da die aktiven Leiter, wie beispielsweise der aktive Leiter 330, eine grössere Länge aufweisen, ist es wichtig, daß keine unerwünschten Leiterbereiche bei den mehrphasigen Windungen 328 vorhanden sind, welche induktiv koppeln könnten mit diesen aktiven Leitern, da hierdurch unerwünschte Fehlersignale hervorgerufen werden könnten. Das Mehrphasenbauteil 325 hat eine Mehrphasenwindung 328 ohne die vorgenannten Abgriffe und ander. Unregelmäbigkeiten lm Bereich der Elaphasenwindung und erzeugt deshalb keine unerwünschten Fehlersignale. Zusätzlich kann die Nehrphasenwindung 328 verwendet werden zusammen mit einer Einphasenwindung 126 gemäß Fig. 1c, wo die aktiven Leiter 351 kürzer sind als die aktiven Leiter der Fig. 7. Mehrphasige Bauteile mit Schichten gleich denjenigen der Fig.
2a und 2b werden jedoch wünschenswerterweise nicht verwendet mit Bauteilen, welche aktive Leiter aufweisen mit einer Länge gleich denjenigen der aktiven Leiter 330, deren Länge kürzer ist als die Länge der aktiven Leiter -58. in Fig. 2a und 2b, weil hierbei die Abgriffe und andere nicht kompensierbare leitende Bereiche zu einer unerwtinachten induktiven Koppung führen würde.
Die Windungsabschnitte aller mehrphasigen Windungen, wie sie zuvor an Hand der Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, umfassen zwei koppelnde Leiter pro Abschnitt. Es ist jedoch -ohne weiteres möglich, daß pro Abschnitt auch mehrere koppelnde Leiter verwendet werden, ohne daß hierbei der Erfindungsgedanke verlassen wird. Der Begriff Windungsabschnitt, oder einfacher gesagt "Abschnitt ist Teil einer Transformatorwindung, welche, wenn verbunden mit anderen Abschnitten, eine komplette Transormatorwindung bildet. Die Abschnitte sind üblicherweise gebildet aus einem oder mehreren aktiven Leitern, die körperlich auf einen Bauteil angeordnet sind, so daß, wenn sich ein anderes Bauteil in der Nähe befindet, diese aktiven Leiter induktiv mit den aktiven Leitern des anderen Bauteils koppeln. Sind zwei aktive Leiter pro Abschnitt vorhanden, werden die Abschnitte häufig als U-Abschnitte bezeichnet. Sind jedoch vier Leiter pro Abschnitt vorhanden, werden diese Abschnitt. häufig als W-Abschnitte bezeichnet, Die W-Abschnitte umfassen zwei zentrale aktive Leiter und zwei außenliegende aktive Leiter, also insgesamt vier aktive Leiter. Unter Bezugnahme auf Fig. Ia kann beispielsweise jeder Abschnitt 1 bis 16 ersetzt sein durch einen W-hbschnitt.-In diesem Fall wird der Abstand der Abschnitte S gemessen als Abstand der Mittellinie zwischen jeweils zwei zentra--, len aktiven Leitern zweier aufeinanderfolgen'der W-Abschnitte.
Bein Ersatz der U-Abschnitts in Fig. 1 durch Wo Abschnitt 1 ist zu vorserken, daß die Verbindungen der Anschlüsse oder Abgriffe tOtk oberen zum unteren Rand erreicht wird durch die Anordnung der aktiven Leiter eines einzelnen Abschnittes in verschiedenen Schichten, in der gleichen Weise, wie dies durchgeführt wurde bezüglich der Windungsabschnitte 1 und 16 in Fig. Ia. Im Grunde genommen entspricht ein W-Abschnitt im wesentlichen zwei U-Abschnitten. Deshalb kann irgendeiner der U-Abschnitte innerhalb eines W-Abschnittes gebildet werden aus einem aktiven Leiter der einen und der anderen Schicht in entsprechender Weise wie die Windungsabschnitte 1 und 16 in Fig. la. Durch diese aktiven Leiter eines Abschnitts in verschiedenen Schichten wird die Verbindung der verschiedenen Windungsebenen bewirkt.
Obwohl in Fig. 4 ein mehrschichtiges Bauteil mit zwei Windungen dargestellt ist, kann die Erfindung auch in anderen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden. Beispielsweise sind die Isolierschichten 66' und 67' in Fig. 4 bezeichnet worden als Zusammensetzungen von leitenden Schichten 66'b und 67'b, welche jeweils auf eine Isolierschicht 66'a und 67'a angeordnet sind. Anstelle dieser Anordnung kann auch eine einzige Isolierschicht aus Kunststoff verwendet werden mit einer Leiterschicht auf jeder Seite.
In den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die aktiven Leiter der einen Schicht angeordnet in den Bereichen, wo die aktiven Leiter der anderen Leitorschicht weggelassen sind. Diese freigelassenen Räume können natürlich besetzt sein mit Leitern, die identisch mit denjenigen der aktiven Leiter sind, mit der Ausnahm., daß sie an ihre beiden Enden nicht angeschlossen sind und somit keine Elektrizität leiten können. Derartige, nicht angeschlossene Leiter können als mechanische Träger ohne irgendwelchen elektrischen Einfluß auf den Lagemeßtransformator dienen.
Obwohl lie Erfindung beschrieben wurde in Bezug auf ein Gleichstromsignal und eine elektromagnetische Energieübertragung kann die Erfindung in gleicher Weise angewendet werden bei einer Wechselstromerregung und/oder einer elektrostatischen Energieübertragung.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Lagemeßtransformator, bestehend aus zwei relativ zueinander beweglichen, induktiv gekoppelten Transformatorteilen, wobei eines der Transformatorteile mehrere Windungen aufweist, wobei jede Windung einen ersten Windungsteil, der in einer ersten Schicht angeordnet ist und einen zweiten Windungsteil, der in einer zweiten Schicht angeordnet ist, umfaßt,wobei die ersten und zweiten Windungsteile von jeder Schicht für jede Windung in Serie geschaltet sind, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die ersten Windungsteile jeder Windung Abschnitte aktiver Leiter umfassen, die voneinander räumlich getrennt sind, wobei Leiter (Verbindungsleiter) in der ersten Schicht angeordnet sind, die aufeinanderfolgende Windungsabschnitte in Serie schalten, daß die zweiten Windungsteile jeder Windung Abschnitte aktiver Leiter umfassen, die im Abstand voneinander angeordnet sind, wobei Leiter (Verbindungsleiter) in der zweiten Schicht angeordnet sind, die aufeinanderfolgende Abschnitte in Serie schalten, und daß die erste und die zweite Schicht so angeordnet sind, daß sich jeder Windungsabschnitt jeder Schicht in von Windungsabschnitten freigelassenen Teil der anderen Schicht befindet.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Windungen aus Sinus- und Kosinuswindungen bestehen, von denen jede erste und zweite Windungsteile aufweist und jede gebildet wird von Sinusabechnitten und Kosinusabschnitten in jeder Schicht.

3. Transformator nach Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß aufeinanderfolgende Sinusabschnitte und aufeinanderfolgende Kosinusabschnitte in jeder Schicht voneinander getrennt sind, so daß sich dazwischen freie Räume bilden, wobei sich in jedem Raum ein Sinusabschnitt und ein Kosinusabschnitt der anderen Schicht befindet.

4. Transformator nach-Anspruch 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß aufeinanderfolgende Sinusabschnitte der einen Schicht im Abstand zueinanderangeordnet sind und in diesem Zwischenraum ein Kosinusabschnitt dieser Schicht und Sinus- und Kosinusabschnitte der anderen Schicht angeordnet sind, und daß aufeinanderfolgende Kosinusabschnitte der einen Schicht im Abstand zueinander angeordnet sind und in diesemZwischenraum ein Sinusabschnitt dieser Schicht und Sinus- und Kosinusabschnitte der anderen Schicht angeordnet sind.

5. Transformator nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß jeder der Schichten im wesentlichen gleiche Anzahl aktiver Leiter aufweist, diese aktiven Leiter Windungsabschnitte einer Sinus- und einer Kosinuswindung bilden, jede Schicht aktive Leiter besitzt, welche getrennt sind von den benachbarten aktiven Leitern durch Zwischenräume, die erste Schicht über der zweiten Schicht angeordnet ist, derart, daß die Windungen der einen Schicht angeordnet sind in den windungsfreien Zwischenräumen der anderen Schicht.

6. Transformator nach Anspruch 5, dadurch g e -k e n n z e i c h ne t, daß die Anzahl der aktiven Leiter, welche die Windungsabschnitte der Sinuswindung bilden, gleich der Anzahl der aktiven Leiter ist, welche die Kosinuswindung bilden.

7. Transformator nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die aktiven Leiter im wesentlichen quer zur Richtung der relativen Verschiebung der beiden Teile verlaufen und eine Matrix bilden, die Leiter (Verbindungsleiter) für die eine Windung an einer Seite dieser Matrix in jeder der Schichten verlaufen und diese Abschnitte der einen Windung in Serie schalten, die Leiter (Verbindungsleiter) der anderen Windung an der gegenüberliegenden Seite der Matrix in jeder der Schichten verlaufen und diese Abschnitte der anderen Windung in Serie gehalten.

8. Transformator nach Anspruch 7, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Leiter (Verbindungsleiter).längs der Matrix im wesentlichen parallel zur Richtung der relativen Verschiebebewegung verlaufen und außerhalb des Bereichs der induktiven Kopplung der aktiven Leiter sich befinden.

9. Transformator nach Anspruch 8, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die aktiven Leiter und die Leiter (Verbindungsleiter) in jeder Schicht auf einer gedruckten Leiterplatte angeordnet sind.

lO.Transformator nach Anspruch 7, dadurch g e -k e.n n z e i c h n e t , daß die Leiter (Verbindungsleiter) der ersten Schicht induktiv gekoppelt sind mit den Leitern (Verbindungsleiter) der zweiten Schicht, wobei die Leiter der ersten Schicht Strom in einer Richtung führen, die entgegengesetzt gerichtet ist zur Stromrichtung in den Leitern der zweiten Schicht.

Leerseite