DE2359873A1

DE2359873A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung einer spannung entsprechend der in einer signalspule durch einen aeusseren magnetfluss induzierten fehlerspannung

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Publication number: DE2359873A1
Application number: DE2359873A
Authority: DE
Inventors: Srinivasan Venkata Chari
Original assignee: Control Data Corp
Current assignee: Control Data Corp
Priority date: 1972-12-04
Filing date: 1973-11-30
Publication date: 1974-06-06
Also published as: CA1002137A; FR2209187B3; AU6287173A; US3816776A; JPS4988025A; GB1418820A; NL7316538A; FR2209187A1

Description

PATENTANWÄLTE

HENKEL—KERN — FEILER — KANZEL—MÜLLER

DR. PHIL. DIPL.-ING. DR. RER. NAT. DIPL.-ING. DIPL.-ING.

TELEX: 05 29 S02 HNKl D EDUARD - S CH MID- STRAS SE 2 BAYERISCHE HYPOTHEKEN- UND

TELEFON: (OS 11)66 3197,66 30 91-« " ^ ^L * WECHSELBANK MCNCHLN NR. 318-85 IH

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Control Data Corporation

Minneapolis, Minn., V.St.A. ^v

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Spannung entsprechend der in einer Signalspule durch einen äußeren Magnetfluß induzierten

Fehlerspannung

eine Die Erfindung betrifft ein Verfahren und/Vorrichtung zur Erzeugung einer Spannung entsprechend der in einer Signalspule durch einen äußeren Magnetfluß induzierten Fehlerspannung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein schwankendes bzw. pulsierendes äußeres Magnetfeld kann Fehler in das von einer Signalspule erzeugte Signal einführen. Solche Fehler treten beispielsweise bei Magnetwandlern auf, auch wenn die Spule durch eine Magnetfeldabschirmung geschützt ist. Durch den Erfindungsgegenstand, d.h. eine unmittelbar um die Magnetflußabschirmung herumgewickelte Kompensierspule oder -wicklung, kann ein Kompensiersignal erzeugt werden, welches ' die Fehlerkomponente in dem von der Signalspule gelieferten Signal unmittelbar unterdrückt.

Bisher ist noch keine-Vorrichtung bekannt, mit welcher • die erfindungsgemäß gewährleistete Kompensation erreicht wird. Die der Erfindung am nächsten kommende Fehlersignal-Reduziervorrichtung ist möglicherweise

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die normale Magnetfeldabschirmung, die in vielen Fällen zufriedenstellend arbeitet. Eine solche Abschirmung Gesteht einfach aus einem hoch permeablen Mantel, der die Signalspule umschließt und im Inneren die Wirkung eines äußeren, variierenden Magnetfelds dämpft und die Induktion einer Fehlerspannung in der Signalspule mehr oder weniger gut verhindert. Derzeit ist jedoch keine Vorrichtung bekannt, welche eine solche Fehlerspannung tatsächlich kompensiert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich vorteilhaft in Verbindung mit den in den beiden US-PSen 3 470 399 und 3 505 544 beschriebenen Linearmotoren verwenden, die einen Lineargeschwindigkeitswandler verwenden, welcher die Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers mißt. Die in den sich bewegenden Ankern erzeugten Magnetflußdichten sind vergleichsweise hoch, da der sich bewegende Anker ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt, das häufig das Signal des Geschwindigkeitswandlers beeinträchtigt.

Da die Erfindung eine Verbesserung der Arbeitsweise einer im folgenden als Signalspule bezeichneten Drahtspule bedeutet, die in einem sich ändernden oder pulsierenden, im folgenden als Signalfeld bezeichneten Magnetfeld angeordnet ist, welches eine Signalspannung in der Signalspule erzeugt, muß die Erfindung in Verbindung mit einer derartigen Spule beschrieben werden. Beispielsweise im Fall eines Signalumsetzers bzw. -Übertragers mit Eisenkern, um den eine Primär- und eine Sekundär— spule herumgewickelt sind, entspricht die Sekundärspule der Signalspule. Wenn ein Stromfluß durch die Primär spule pulsiert, induziert das entstehende Magnetfeld eine Spannung in der Signal- bzw. Sekundärspule. Wenn der Transformator in einem zweiten, im folgenden als Außenfeld bezeichneten, pulsierenden Umgebungsmag— netfeld angeordnet ist, ändert sich die Signalausgangs-

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spannung der Signalspule in Abhängigkeit von diesen Schwankungen ebenfalls, wodurch der Signalspannung eine Fehlerspannung überlagert wird. Diese Fehlerspan-. nung kann durch Anordnung einer Magnetfeldabschirmung um die Sekundärspule wesentlich herabgesetzt werden, wobei diese Abschirmung die Induktion eines erheblichen Teils des vom äußeren Magnetfeld hervorgerufenen Fehlersignals verhindert. Es ist jedoch bekannt, daß ein bestimmter Prozentsatz des Magnetflusses des Außenfelds durch die Abschirmung hindurchdringt und eine gewisse Fehlerspannung erzeugt, die ungeachtet der Abschirmung der Signalspannung überlagert wird. Wenn das Außenfeld sehr groß .jLst oder wenn eine hohe Präzision der Signalspannung selbst gefordert wird, ist der durch den die Abschirmung durchdringenden Magnetfluß erzeugte Fehler häufig nicht tolierierbar.

Die Erfindung bezieht sich dagegen auf eine Vorrichtung, mit deren Hilfe diese Fehlerkomponenten noch besser aus dem Sigrwal entfernt werden können. Kurz gesagt, besteht die Erfindung in einer um die Magnetflußabschirmung herumgewickelten Kompensierspule bzw. -wicklung, in welcher ein durch die Abschirmung gedämpftes Kompensiersignal erzeugt wird. Die Spannung des Kompensiersignals muß auf irgendeine Weise an die Fehlerkomponente des Signalspulenausgangs angeglichen werden. Dies kann auf verschiedenartige Weise erfolgen, und zwar kann einmal die Zahl der Windungen der Kompensierspule so gewählt werden, daß die Fehler— komponente genau ausgeglichen ist. Hierdurch wird eine sehr einfache und wirksame Angleichungstechnik gewährleistet, indem einfach die Signalspule und die Kompensierspule in Reihe geschaltet werden, wobei die

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Polarität des Kompensiersignals gegenüber derjenigen der Fehlerkomponente umgekehrt ist. Eine andere anwendbare Möglichkeit besteht in der Verwendung einer Widerstands- oder Impedanzbrücke, welche die beiden Signale miteinander vereinigt. Eine dritte anwendbare Möglichkeit besteht in der Verwendung eines Verstärkers zur Aufnahme des einen Signals, dessen Ausgang mit der das andere Signal liefernden Spule in Reihe geschaltet ist.

Die Angleichung der Fehlerkomponente und des Kompensiersignals kann nach mindestens zwei verschiedenen Verfahren erfolgen. Die Größe der Magnetflußstreuung durch die Magnetflußabschirmung kann anhand bekannter empirischer Formeln als Prozentsatz des Außenmagnetflusses berechnet werden. Auf der Grundlage dieses Prozentsatzes und des Wissens, daß die induzierte Spannung unmittelbar mit der Zahl der Windungen der Spule variiert, in welcher die Spannung induziert wird, kann dann die Windungszahl der Kompensierspule bestimmt werden. Es gibt jedoch noch eine einfachere und genauere Methode. Indem man nämlich das Außenfeld pulsieren läßt, die Signalkomponente im Ausgangssignal der Signalspule aber unterdrückt, können die Relativspannungen der Kompensierspule und der Fehler— komponente schnell bestimmt werden. Anschließend läßt sich dann z.B. die Zahl der erforderlichen Windungen der Kompensierspule leicht berechnen, oder die in einer Widerstandsbrücke erforderlichen relativen Widerstandswerte können bestimmt werden, damit die Kompensiersignalspannung die Fehlerkomponente der Signalspannung genau aufhebt. Wenn bei dem aus Gründen

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der Erläuterung angesprochenen Signalumsetzer der Signaleingang,zur Primärspule abgenommen wird, verbleibt nur die Fehlerkomponente in dem von der Sekundär- oder Signalspule gelieferten Signal.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die in einer Signalspule durch ein pulsierendes,, äußeres Magnetfeld induzierten Fehler passiv" zu kompensieren. Dabei soll diese Fehlerkorrektur mit möglichst geringen Kosten durchführbar sein.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnamen gelöst, während eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Patentanspruch 15 bzw. 18 gekennzeichnet ist, deren vorteilhafte Weiterbildungen Gegenstände von weiteren Unteransprüchen sind.

Durch die Erfindung wird die Leistung jeder Spule verbessert, die ein Ausgangssignal erzeugt, welches Fehlern infolge eines pulsierenden, äußeren Magnetfelds unterworfen ist. Die Erfindung ist daher auf Magnetköpfe, magnetische Mikrophone, Lineargeschwindigkeitswandler und Signalumsetzer anwendbar, die jeweils in einem starken _f pulsierenden Umgebungsmagnetfeld arbeitten müssen.

Im. folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert? Es zeigen*:

Fig, 1. eine vereinfachte perspektivische Prinzip *- darstellung einer Vorrichtung Iflifc Merkmalen nach der Erfindung,

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Pig. 2 einen Schnitt durch eine auf einen Linearmotor angewandte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 3a und 3b schematische Darstellungen zweier Aus— führungsformen zum Angleichen der Fehlerkomponente und des Kompensiersignals.

Bei der in Fig. 1 dargestellten, vereinfachten Aus— führungsform der Erfindung ist eine Signalspule 103 auf einen Innenkern 102 aufgewickelt. Der Kern 102 ist jedoch für die Arbeitsweise der Vorrichtung nicht wesentlich, solange die Spule 103 ihre vorbestimmte Gestalt beizubehalten vermag. Der Kern 102 besteht üblicherweise aus einem nicht—magnetischen Material, wie Kunststoff, doch kann in bestimmten Anwendungsfällen ein magnetisches Material annehmbar oder sogar erforderlich sein. Um die Signalspule 103 herum ist eine Magnetflußabschirmung 101 vorgesehen, welche sich vorzugsweise zumindest über die Gesamtlänge der Signalspule 103 hinweg erstreckt, und welche in bestimmten Fällen sogar an beiden Enden teilweise oder vollständig verschlossen sein kann. Eine Kompensierspule 104 ist in der Weise auf die Magnetflußabschirmung 101 aufgesetzt, daß sie letztere mit ihren Windungen um schließt und mit ihrer Achse etwa parallel zur Achse der Signalspule 103 liegt. Im Idealfall liegen die Spulen 103 und 104 koaxial zueinander, obgleich dies nicht erforderlich ist. Vorzugsweise entspricht die axiale Länge der Kompensierspule 104 praktisch derjenigen der Signalspule 103, wobei sie sich ungefähr über die gleiche Strecke erstreckt wie die Signalspule 103. Dies bedeutet, daß die Endwindungen jeder Spule

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ungefähr in der gleichen, senkrecht zu den Spulenachsen liegenden Ebene angeordnet sind.

In Abhängigkeit von der betrefferfen, zur Angleichung der Kompensierspule 104 an die Fehlerkomponente im Signal von der Spule 103 verwendeten Einrichtung ist die Windungszahl der Kompensierspule 104 so gewählt, daß sie einen Bruchteil der Windungszahl der Signalspule 102 beträgt. Zur Gewährleistung größtmöglicher Genauigkeit sind die die Kompensierspule 104 bildenden Windungen über die axiale Länge der Signalspule 103 hinweg mit der gleichen proportionalen Axialdichte wie bei der Signalspule 103 auf Abstände angeordnet. Es sei angenommen, daß die Windungszahl der Kompensierspule 104 so gewählt ist, daß der Effektivwert .

der in der Spule 104 durch das schwankende, äußere Magnetfeld induzierten Spannung bezüglich der kurzzeitigenGröße des Effektivwerts der Spannung der Fehlerkomponente, welche durch den die Magnetflußabschirmung 101 durchdringenden äußeren Magnetfluß erzeugt wird, injdem durch die Signal spule gelieferten Signal praktisch gleich ist. In diesem Fall kann eine Klemme der Spule 104 mittels einer Leitung 105 mit der Ausgangsklemme 103b der Signalspule 10.3 verbunden sein·. Die so gewählte spezielle KSnme der Spule 104 hängt von der Wicklungsrichtung der beiden Spulen ab. Die Spule 104 ist.als rechtsgängig gewickelte Spule dargestellt. Dies bedeutet, daß sie in Form einer rechtsgängigen Wendel verläuft, wenn sie in einer einzigen Wicklungslage gewickelt ist. Genauer gesagt: Wenn der Stromfluß in ein bestimmtes Ende jeder Spule in entgegengesetzte Richtungen um die Achse herum verläuft, nämlich bei der einen Spule im Uhrzeiger-

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sinn und bei der anderen entgegen dem Uhrzeigersinn, so besitzen die Spulen gegenüber den betreffenden Wicklungsenden entgegengesetzte Wxcklungsrichtung. Die Klemmen entgegengesetzter Wxcklungsrichtung der Signalspule 103 und der Kompensierspule 104 müssen miteinander verbunden werden. Wenn daher die Signalspule 103 gemäß Fig. 1 in einer einzigen Lage angeordnet ist, muß sie beim dargestellten'Schaltschema bezüglich ihres gemäß Pig. I zugewandten Endes linksgängig sein,damit die Fehlerkomponente in der Signalspannung einwandfrei unterdrückt wird. Dabei ist jedoch zu beachten, daß weder die Signalspule 103 noch die Kompensierspule 104 aus einer einzigen Lage zu bestehen brauchen.

Im Betrieb befindet sich die Vorrichtung gemäß Fig. angenommenerweise in einem sich ändernden, äußeren Magnetfeld, das über die axiale Länge der Spulen hinweg ungleichmäßig sein kann. Das Signalfeld wird innerhalb der Magnetfeldabschirmung 101 durch eine beliebige von mehreren an sich möglichen Einrichtungen erzeugt. Dieses Signalfeld schneidet bei seinen Schwankungen die Signalspule 103 mit seinen Kraftlinien und erzeugt eine Signalspannung, die dann an den Klemmen 103^a und 103 b anliegt. Wie erwähnt, kann das Schwanken des Signalfelds auf zahlreich verschiedene Weise erzeugt werden. Eine offensichtliche Möglichkeit besteht in einer Primärspule, deren Kraftlinien durch einen sie durchfließenden pulsierenden Strom hervorgerufen werden. Dies stellt selbstverständlich nichts v/eiter dar als einen allgemein bekannten elektrischen Transformator. Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung eines sich ändernden Signalfelds durch die Spule 103 besteht darin, einen sich bewegenden Dauermagneten oder einen gleichstromgetriebenen

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Elektromagneten in oder neben der Signalspule '102 anzuordnen. Ein solcher Mechanismus wird bei magnetischen Mikrophonen und bei den vorher genannten magnetischen Geschwindigkeitswandlern verwendet. Noch eine dritte Möglichkeit zur Erzeugung des pulsierenden Signalfelds besteht darin, einen magnetisierten Streifen an einem in die Spule..103 eingesetzten Magnetkern vorbei^zu^bewegen. Eine solche Vorrichtung ist als Magnetkopf bekannt, wie er sich für die Wiedergabe von auf einem Magnetband bzw. einer Magnetscheibe oder -Platte aufgezeichneten Daten eignet. Ein Teil des Magnetfelds, in welchem die Vorrichtung gemäß Fig. 1 angeordnet ist, dringt durch die Abschirmung 101 hindurch und erzeugt dabei in der Signalspule 103 eine zweite bzw. sekundäre Spannung, welche sich der Signalspannung überlagert und die Fehlerkomponente bildet, und die Signalspannung von dem genauen und gewünschten, durch das Signalfeld bestimmten Wert abweichen läßt. Es hat sich herausgestellt, daß es praktisch nicht möglich ist, dieses Hindurchdringen des äußeren Magnetfelds durch die Magnetfeldabschirmung vollständig auszuschalten. Die Kompensierspule 104 bildet eine Einrichtung zur kontinuierlichen und genauen Messung dieses Außenmagnetfelds und zur Lieferung eines Korrektur- bzw. Kompensiersignals, das elektrisch der Signalspannung und ihrer an den Klemmen 103a und 103fc»anliegenden Fehlerkomponente überlagert werden^ kann, wodurch die Fehlerkomponente in der Signalspannung aufgehoben wird.

Wenn das äußere Magnetfeld pulsiert, schneiden seine Kraftlinien die die Spule 104 bildenden Windungen und induzieren dabei eine Spannung an den Klemmen 104^a und 104b der

Kompensierspule

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104. Obgleich es, wie erwähnt, nahezu unmöglich ist, einen Magnetstreufluß durch dfe MagnetflußabschirmiAg 101 zu verhindern, kann durch entsprechende Auslegung der Abschirmung 101 der Streuflußprozentsatz durch die Abschirmung vergleichsweise konstant gehalten werden. Dies bedeutet, daß die Abmessungen und Werkstoffe der Magnetflußabschirmung 101 so gewählt werden müssen, daß ihre magnetische Sättigung verhindert wird, wie dies dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannt ist. Ohne Sättigung der Magnetflußabschirmung 101 besteht ein konstantes StMrkenverhältnis bzw., genauer gesagt, ein konstanter Magnetfluß pro Flächeneinheit zwischen den Komponenten des äußeren Magnetfelds innerhalb der Abschirmung 101 und außerhalb der Abschirmung 101 bei Änderungen der Stärke des gesamten Magnetfelds. Die in der Kompensierspule 104 erzeugte Spannung kann praktisch gleich der Fehlerkomponente sein, welche dem durch die Signalspule 103 erzeugten Signal überlagert ist, wenn die Windungszahl der Kompensierspule 104 entsprechend gewählt wird. Es ist bekannt, daß die durch eine in ein pulsierendes Magnetfeld eingesetzte Spule erzeugte Spannung unmittelbar der Änderungsfrequenz der Feldstärke sowie unmittelbar der Windungszahl der Spule proportional ist. Zur Angleichung des Kompensiersignals und der Fehlerkomponente muß daher die Zahl der die Spule 104 bildende*Windungen die gleiche Beziehung zur Zahl von Windungen in der Signalspule 103 besitzen, wie sie die Magnetflußstärke der äußeren Magnetfeldkomponente innerhalb der Magnetflußabschirmung 101 gegenüber der äußeren Magnetflußstärke an der Kompensierspule 104 selbst besitzt. Dies läßt sich mathematisch durch folgende Gleichung ausdrücken:

(S)

Tc =

M- ~m

(Ts)

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in welcher Tc und Ts die Windungszahlen der Kompensierspule 104 bzw. der Signalspule 103 sowie φχ und ^e die mittleren Magnetflußstärken des äußeren Magnetfelds innerhalb bzw. außerhalb der Magnetflußabschirmung lOlbedeuten. Als Anwendungsbeispiel für diese Gleichung sei angenommen_} daß die Signalspule 5000 Windungen aufweist. Weiterhin sei angenommen, daß 5% des äußeren Magnetflusses durch die Magnetflußabschirmung 101 hindurchdringen und eine Fehlerkomponente in der Signalspannung erzeugen. Dabei beträgt das Verhältnis vomfei/iSe = 0,05. Hieraus ergibt sich T_c =(0,05) χ (5000) = 250 Windungen. Im angenommenen Fall muß daher die Kompensierspule 104 250 Windungen besitzen.

Verschiedene Faktoren können möglicherweise nur eine angenäherte Kompensation des Signals zulassen. In der Praxis ist nämlich die Konstante φί. / φό. keine Konstante, sondern sie ändr^t sich mit Änderungen des Faktors ^e, auch wenn die Magnetflußabschirmung 101 nicht gesättigt ist. Die Abweichung vom linearen Ansprech-■vsehalten ist jedoch für den größten Teil der Kurve sehr gering. Ein anderer Faktor, welcher die Genauig"-keifc der Kompensation beeinträchtigen kann, ist der Endeffekt, der einen Teil des äußeren Magnetflusses durch die eine Spule hindurchdringen läßt, ohne das Signal in der anderen Spule überhaupt nennenswert zu beeinflussen. Dies ist wiederum normalerweise nicht wesentlich. Eine dritte Möglichkeit für eine ungenaue Kompensation besteht in der Auswirkung des Signalfelds auf das Kompensiersignal, da die Mägnetflußabschirmung 101 von innen nach außen genau so leicht dmrchdringbar ist wie von außen nach innen. Der hierdurch eingeführte Fehler ist jedoch sehr gering, da

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das Signalfeld auch durch das Verhältnis ^e

gedämpft wird und die dabei induzierte Spannung in einer Spule (104) mit vergleichsweise wenig Windungen erscheint. Noch eine andere mögliche Fehlerquelle wird durch eine etwaige Abweichung der Achse der beiden Spulen von einer genauen Parallelität zu einander hervorgerufen. Die Abweichung variiert jedoch proportional zum Kosinus des Schiefen^>iinkels zwischen den Achsen, und sie ist daher bei einer geringen Nichfc-Parallelität sehr klein. Die Erfahrung hat gelehrt, daß diese Fehler, weder allein noch gemeinsam, die Kompensationswirkung nicht nennenswert beeinträchtigen.

Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde das Verhältnis 2$i / φ& angegeben. In der Praxis ist es jedoch üblicherweise erforderlich, diesen Wert experimentell zu bestimmen. Wie erwähnt, kann dieser Wert anhand empirischer Formeln berechnet werden. Noch einfacher und auch noch genauer kann diese Bestimmung aber auch auf experimentellem Wege erfolgen. Bei diesem Verfahren muß zunächst die Einrichtung deaktiviert werden, welche das Signalfeld erzeugt. Bei der praktischen Anwendung der Erfindung kann daher bei Verwendung eines Transfermators der Strom zur Primärspule abgeschaltet werden, oder der Magnet kann ausgebaut werden, wenn die Spule 103 einen Teil eines Lineargeschwindigkeitswandlers darstellt. Im Fall eines Magnetkopfes kann ein Magnetband oder eine Magnetplatte ohne Aufzeichnung am Magnetkern vorbei in Bewegung gesetzt werden. Da hierbei im Ausgangssignal der Signalwindung 103 keine Datenkomponenten vorhanden sind, ist nur das durch den Streufluß des äußeren Magnetfelds über die Abschirmung 101 induzierte Fehler signal vorhanden«,

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Durch einfachen Vergleich der Spannungsausgänge der Signalspule 103 und der Kompensierspule 104 während einer bestimmten Zeitspanne kann der Unterschied im Effektivwert ■ ' . des Kompensiersignals bzw. der Fehlerkomponente bestimmt werden. Sobald dieser' Unterschied bekannt ist, können verschiedene Möglichkeiten zur Angleichung dieser Spannungen angewandt werden. Eine einfache und wirksame Möglichkeit besteht darin, einfach die Windungszahl der Kompensierspule 104 zu vergrößern oder zu verkleinern. Im folgenden sei angenommen, daß der kurzzeitige Effektivwert der Spannung des Signals in der KornpensLerspule 0,7 V, der Signalwert in der Signalspule während der gleichen Zeitspanne bei unberdrückter Signalkomponente 0,8 V beträgt und die Kompensierspule 104 200 Windungen aufweist. In diesem Fall müssen 1/7 der Zahl der in der Spule 104 vorhandenen Windungen dieser Spule hinzugefügt werden, nämlich 28,6 Windungen, um die Spannungen der Fehlerkomponente in der Spule und die Kompensierspannung der Spule 104 aneinander anzugleichen. Für eine genauere Angleichung dieser beiden Signale können auch andere Techniken, etwa die AnaLyr.e der kleinsten Quadrate angewandt werden, In manchen FaL Leu kann es vorteilhafter sein, anstatt der mittleren Quadratwurzelwerte die Spitzenwerte aneinander anzugleichen. In Verbindung mit den Figuren 3a und 3b werden ζ v/ei Verfahren zum Vergleichen der gewählten SpannurigseLgenschaften beschrieben.

In Fig. 2 ist eine betriebliche Ausführungsforin der Erfindung in Anwendung auf den Geschwindigkeitswand Ier eines Schwingspulen- bzw. Linearmotors dargestellt. Der Linearmotor 200 weist einen im Längsschnitt dargestellten

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Eisenrahmen 206 auf. Im Schnitt senkrecht zur Längsachse besitzt diese Vorrichtung vorzugsweise eine kreisförmige und symetrische Form, bei welcher die verschiedenen Elemente konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der Rahmen 206 weist Arme 206a und 206b auf, die zusammen mit einem zentralen Zylinder 20Gc des Rahmens 206 Luftspalte 208a bzw. 208b festlegen. Ein Teil der Arme 206a und 206b wird durch Dauermagnete 209a bzw. 209b gebildet, die ein konstantes Magnetfeld über die Luftspalte 208a und 208b hinweg erzeugen. Innerhalb dieser Luftspalte isb ein zylindrisch geformter Anker 201 verschiebbar angeordnet, dessen Antriebsspule 202 mit praktisch parallel zur Achse des Ankers 201 Liegender Achse um den Ankerumfang herumgewickelt ist. Der Anker 201 wird von einer Welle 203 getragen, die Ihrerseits in Lagern 204 gelagert ist. Der Strom zur Erregung der Spule 202 kann über eine nicht dargestellte Recje!einheit auf zweckmäßige Weise, beispielsweise über biegsame Leituncjen oder Bürsten angelegt werden. Der zentrale Zylinder 206c des Rahmens 206 ist mit einem zylindrischen HohLreium versehen. Ln dem äußersten Teil des Hohlraums im zentralen Zylinder 206 ist die auf die Magnetf Lußabschirmuncj 101 gewickelte Kompems iorripule 104 angeordnet. InnerhaLb der Abschirmung 101 ist die SlgnaLspule 103 auf einen Wickelkern 102 aufgewickelt, welcher in diesem Feill aus einem nicht-magiiet Lschem Material bestehen muß. Innerhalb des Kerns 102 ist ein Dauermagnet 205 freitragend bzw. auskragend auf einer Stange 207 angeordnet; wahLweise kann der Dauermagnet 205 auf der Innenfläche des V/ickeIkerns 102 verschiebbar sein.

Im Betrieb liefert die Signalspule 103 ein Signal, welches die Bewegungsgeschwindigkeit des Ankers 201

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anzeigt. Bei der YerSchiebung des Magneten 205 schneidet dessen Magnetfeld die Windungen der Spule 103 und erzeugt in dieser eine Spannung, deren Größe mit zunehmender Geschwindigkeit des Ankers 201 immer größer wird» Der die Verschiebung des Ankers 201 bewirkende Strom in der Antriebsspule 202 ist jedoch vergleichsweise groß und erzeugt daher ein sehr kräftiges Magnetfeld, das ungeachtet aller Gegenmaßnahmen eine Fehlerkomponente in die von der Signalspule 103 erzeugte Signalspannung einführt. Wie in Verbindung mit Fig„ 1 erläutert, erzeugt die Kompensierspule 104 eine Spannung, welche in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Ankers und seiner Relativposition im Rahmen 206 variiert. Der durch die Magnetflußabschirmung 103 hindurchzudringende Streufluß des durch die Spule 202 erzeugten-Magnetfelds kann, wie erwähnt, experimentell bestimmt werden., Durch entsprechende Wahl der Zahl der die Kompensierspule 104 bildenden Windungen kann der Effektivwert der Spannung der Spule 1Ή nahezu genau dem Effektivwert . Jer Spannung in der Signalspule 103 angepaßt werden, welche durch das die Abschirmung 101 durchdringende Magnetfeld der Spule 202 erzeugt wird ο

In den Figuren 3a und 3b sind wahlweise mögliche "Einrichtungen zur Angleichung des Effektivwerts der Spaiinung der .Kompensier ε pule 104 an die Fehlerkomponente der Spule 103 dargestellt» Bei der Schaltung gemäß Fig«, 3a gelangt die Ausgangs spannung der Spule 104a über einen Widerstand 301, bevor sie die Signalausgangsklemme 304a erreicht» Auf ähnliche Weise wird das Signal von der Signalspule 103 über einen Widerstand 302 geleitet, bevor es die Signalausgangsklemme 304a

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erreicht. Die Widerstände 301 und 302 bilden einen einfachen Spannung-Summierkreis, welcher das Kompensiersignal und die Fehlerkomponente aneinander angleicht und den negativen Wert des einen Signals mit dem positiven Wert des anderen summiert, um an den Klemmen 304a und 304b ein Ankergeschwindigkeitssignal zu liefern, das praktisch von der Fehlerkomponente frei ist. Um beim vorherigen Beispiel zu bleiben, kann gesagt werden, daß dann, wenn der Effektivwert der Spannung des durchschnittlichen Kompensiersignals 0,7 V und diejenige der Fehlerkomponente in der Signalspule 103 0,8V beträgt, das Widerstandsverhältnis der Widerstände 302 und 301 8:7 betragen muß, vorausgesetzt, daß die Widerstandswerte im Vergleich zum Eigenwiderstand der Spulen und 104 groß sind. Ist dies nicht der Fall, so müssen die Spulenwiderstände auf normale Weise in die Berechnung der Werte der Widerstände 301 und 302 mit einbezogen werden.

Fig. 3b zeigt eine andere mögliche Ausführungsform zur Angleichung des Effektivwerts der - Ausgangsspannung an der . Kompensierspule 104 "an diejenige der Fehlerkomponente im Signal von der Spule 10 3. Das von der Spule 103 gelieferte Signal wird an die Eingänge eines Verstärkers 303 angelegt. Der Spannungsverstärkungsgrad des Verstärkers 303 wird auf über oder unter "1" eingestellt, wodurch die gewünschte Angleichung erreicht wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers 303 wird an die entsprechende Klemme der Spule 104 angelegt. Die Klemmen 103b und 104b liefern das kompensierte Ausgangssignal. Wahlweise kann der Verstärker 303 so eingesetzt v/erden, daß er das Ausgangssignal der Kompensierspule 104 statt desjenigen der Signalspule 103 verstärkt. Sofern alle

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. - 17 -■

anderen Parameter unverändert bleiben, muß der. Verstärkungsgrad des Verstärkers 303 bei dieser Ausführungsform den Reziprokwert desjenigen des Verstärkers 303 in der Schaltung gemäß Fig. 3b darstellen.

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Claims

fl./ Verfahren zum Angleichen des in einer durch eine Signalspule, die innerhalb einer Magnetflußabschirmung angeordnet ist, erzeugten Signalspannung vorhandenen Fehlers, welcher durch einen Streufluß eines äußeren Magnetfelds durch die Magnetflußabschirmung erzeugt wird, an eine Kompensierspannung, die durch eine um die Abschirmung herumgewickelte Kompensierspule erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die normale Signalerzeugung durch die Signalspule unterdrückt wird, daß das Auftreten der normalen Änderungen oder Schwankungen des äußeren Magnetfelds zugelassen wird, daß sodann die durch die Signalspule und die Kompensierspule in Abhängigkeit von den Änderungen des äußeren Magnetfelds erzeugten Spannungen miteinander verglichen werden und daß schließlich der Pegel des einen Signals variiert wird, bis er praktisch dem Pegel des anderen Signals entspricht und die Signaländerung an diesem Punkt beendet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalpegeländerung die Windungszahl der Kompensierspule variiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalpegeländerung der Pegel des Kompensiersignals oder der Fehlerkomponente der Signalspannung über eine Impedanz zum Abfallen gebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Signalpegeländerung das eine Signal mit

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solchem Verstärkungsgrad verstärkt wird, daß sich
die Werte des Kompensiersignals und der Fehlerkomponente der Signalspannung praktisch aneinander an gleichen.
5. Vorrichtung zur Erzeugung einer Spannung entsprechend der in einer Signalspule durch ein äußeres Magnetfeld, welches eine die Signalspule umschließende Magnetfeldabschirmung durchdringt, erzeugten Fehlerspannung, dadurch gekennzeichnet, daß um die Magnetfeldabschirmung (IOD eine Kompensierspule (104) gewickelt ist, deren Achse etwa parallel zu derjenigen der Signalspule (103) liegt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensierspule so angeordnet ist, daß ihre
Achse mit derjenigen der Signalspule zusammenfällt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5_S dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensierspule nur einen Bruchteil der Windungen der Signalspule besitzt, wobei dieser Bruchteil praktisch dem durch die Magnetfeldabschirmung
zur Signalspule durchdringenden Bruchteil des äußeren Magnetflusses entspricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Wickellänge der Kompensierspule praktisch der axialen Länge der Signalspule entspricht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensierspule einen Bruchteil der Zahl der die Signalspule bildenden Windungen besitzt, wobei
dieser Bruchteil praktisch dem durch die Abschirmung

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zur Signalspule hindurchdringenden Bruchteil des äußeren Magnetflusses entspricht.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet., daß eine praktisch senkrecht zur Achse der Signalspule liegende und durch ihre Endwindung verlaufende Ebene auch dicht an einer Endwindung der Kompensierspule liegt.
11. Vorrichtung, nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensierspule gegenüber der Signalspule so angeordnet ist, daß sie sich praktisch über deren ganze Länge und koaxial zu ihr erstreckt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensierspule eine einzige Lage von Abstand · voneinander besitzenden Leitungswindungen aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensierspule eine Anzahl von Windungen aufweist, die über die axiale Länge der Spule auf praktisch gleiche Abstände voneinander angeordnet sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Kompensierspulenwindungen zwischen zwei beliebigen Punkten längs der Achse der Kompensierspule ein praktisch konstantes Verhältnis zur Zahl der Signalspulenwindungen zwischen zwei entsprechenden Punkten auf der Achse der Signalspule besitzt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine praktisch senkrecht zur Achse der Signalspule liegende und durch ihre Endwindung verlaufende

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Ebene auch dicht an einer Endwindung der Kompensierspule liegt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensierspule eine Wicklung besitzt, deren Endwindungen "ungefähr in einer Ebene mit den Endwindungen der Signalspule liegen und bei welcher das Verhältnis der Windungszahl zur Zahl der Signalspulenwindungen praktisch dem durch die Magnetfeldabschirmung hindurchdringenden Bruchbeil des äußeren Magnetflusses entspricht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet:, daß das Verhältnis der Kompensierspulenwxndungen zwischen zwei beliebig gewählten, senkrecht zur Kompensierspulenachse verlaufenden Ebenen zur Zahl der Signalspulenwindungen zwischen den beiden Ebenen praktisch dem Verhältnis zwischen den Windungszahlen der Kompensierspule und der Signalspule entspricht und daß die Achsen der beiden Spulen praktisch zusammenfallen,
18. Vorrichtung zum Kompensieren der Fehlerkomponente in einer Signalspannung von einer in einer Magnetflußabschirmung angeordneten Signalspule, wobei die Fehlerkomponente durch Änderungen eines die Abschirmung durchdringenden äußeren Magnetfelds hervorgerufen wird, gekennzeichnet durch eine die Magnetflußabschirmung umgebende und praktisch koaxial- zur Signalspule liegende KomperisierKpule (104), die einen vorbestimmten Prozentsatz der Windung .<; ζ ah L der Signalspule besitzt und die ein von Änderunqen des äußeren Magnetfelds abhängiges Kompensiert;iqrial

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erzeugt, eine Angleicheinrichtung (301, 302; 303), welche die Kompensierspannung kontinuierlich an die Spannung der Fehlerkomponente des Spannungssignals annähert, und eine Einrichtung, um das gegenüber der Fehlerspannung invertierte Ausgangssignal der Kompensierspule der Signalspannung zu überlagern.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Angleicheinrichtung und die Kompensierspule gemeinsam eine Kompensierspule mit einer Anzahl von Windungen bilden, deren Verhältnis zur Windungszahl der Signalspule praktisch dem Verhältnis des die Magnetfeldabschirmung durchdringenden Magnetflusses zum Magnetfluß des äußeren Magnetfeld unmittelbar an der Abschirmung entspricht.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die das Kompensierspulenausgangssignal überlagernde Einrichtung eine Leitung ist, welche das eine Ende der Kompensierspule mit dem Ende der Signalspule verbindet, so daß die in den Spulen durch das äußere Magnetfeld induzierten Spannungen einander entgegengesetzt sind.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerungseinrichtung zwei in Reihe geschaltete, gleich große Impedanzen aufweist, wobei dem freien bzw. unbelegten Ende der einen Impedanz das Ausgangssignal der Signalspule und dem freien bzw* unbe-Legten Ende der anderen das Signal von dem Ende der Kompensierspule zuführbar ist, an welchem die in den Spulen durch das gleiche Magnetfeld induzierten Spannungen bei Messung am Verbindungspunkt zwischen den beiden Impedanzen einander aufheben.

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22. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, , daß die Angleicheinrichtung Mittel zur Änderung der Relativwerte des Spannungssignals und der Kompensiersignalspannung auf praktisch gleiche Werte aufweist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsanderungseinrichtung zwei Impedanzen mit je zwei Klemmen aufweist, deren erste Klemmen miteinander verbunden und deren zweite Klemmen an je eine Klemme der Signalspule bzw. der Kompensierspule angeschlossen sind, wobei das Verhältnis zwischen den Werten der beiden Impedanzen praktisch dem Verhältnis zwischen dem durch das äußere Magnetfeld hervorgerufenen Spannungssignalfehler und der Kompensierspannung entspricht.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impedanz ein Widerstand ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsänderung ein das Kompensiersignal aufnehmender Verstärker mit einem vorbestimmten Spannung s verstärkung sgr ad. ist, welcher ausreicht, um die verstärkte Kompensationsspannung praktisch der Spannung des Signalspannungsfehlers anzugleichen.

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