DE2630894A1 - Inductive linear motion displacement transducer - uses shaped ferrite core winding and moving ring which affects winding inductance to give nonlinear characteristic - Google Patents

Inductive linear motion displacement transducer - uses shaped ferrite core winding and moving ring which affects winding inductance to give nonlinear characteristic

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Abstract

A linear movement inductive displacement transducer with a non-linear input output characteristic depends on the inductance change caused in a single winding round a shaped ferrite core when an electrically conductive ring is moved along the winding. Basically, an E-shaped ferrite core (10) has a winding (12) on its centre shank (11) and an electrically conductive ring (13) moves along this winding, around it but not in contact with it, as the movement to be measured occurs. The winding inductance - monitored by a circuit - changes as this happens, with the non-linear characteristic required. Different shapes of ferrite core, a moving cylinder rather than a ring, an array of windings and other variations are presented.

Description

Anlage zurAttachment to

Patent- und Gebrauchsmusterhilrsanmeldung Induktiver Geber Zusammenfassung Es wird ein induktiver Geber vorgeschlagen, der zur Umformung einer mechanischen Bewegung in eine elektrische Ausgangsgröße dient. Der Geber hat einen Kern, wenigstens eine auf diesem Kern angeordnete Spule und einen Kurzschlußring, der längs der Schenkel des Kernes verschiebbar ist. Um einen nichtlinearen Zusammenhang zwischen der mechanischen Bewegung und dem elektrischen Ausgangssignal zu erhalten5 ist vorgesehen, durch entsprechende Gestaltung einer oder mehrerer Spulen ein inhomogenes magnetisches Feld zwischen den Schenkeln des Kernes hervorzurufen. Durch dieses inhomogene Feld ist das Ausgangssignal, welches an der Spule abgenoflknen wird, nicht mehr proportional zur Verschiebung des Kurzschlußringes. Es ist außerdem vorgesehen, die Spule. in Teilbereichen durch fest angeordnete Kurzschlußringe unwirksam zu machen und dadurch ebenfalls ein inhomogenes magnetisches Feld zwischen den Schenkeln des Kernes hervorzurufen.Patent and utility model auxiliary application Inductive encoder abstract An inductive encoder is proposed which is used to transform a mechanical Movement is used in an electrical output variable. The giver has a core, at least a coil arranged on this core and a short-circuit ring running along the legs of the core is displaceable. To establish a non-linear relationship between the mechanical Movement and the electrical output signal5 is provided by corresponding design of one or more coils an inhomogeneous magnetic Field between the legs of the nucleus. Because of this inhomogeneous field the output signal that is picked up at the coil is no longer proportional to move the short-circuit ring. There is also provision for the coil. in To make partial areas ineffective by fixed short-circuit rings and thereby also to cause an inhomogeneous magnetic field between the legs of the core.

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem induktiven Geber nach der Gattung des Hauptanspruches. Bei einem Geber dieser Art wird auf den Schenkeln des Kernes wenigstens ein Kurzschlußring aus magnetisch nicht leitfähigem Material, aber aus elektrisch leitfähigem Material verschoben. Die Wirkungsweise einer derartigen Anordnung ist folgende. Die Spule auf dem Kern erzeugt zwischen den Schenkeln des Kernes ein homogenes magnetisches Wechselfeld.PRIOR ART The invention is based on an inductive transmitter according to the genre of the main claim. With a donor of this type is on the thighs the core has at least one short-circuit ring made of magnetically non-conductive material, but shifted from electrically conductive material. The operation of such a The arrangement is as follows. The coil on the core creates between the legs of the Core is a homogeneous alternating magnetic field.

Der Kurzschlußring stellt für den Schenkel dabei eine Kurzschlußwindung dar, durch die das magnetische Wechselfeld nicht hindurchtreten kann. Dadurch wird der magnetische Gesamtfluß in guter Näherung proportional zur Stellung des Kurzschlußringes begrenzt, so daß je nach der Stellung des Kurzschlußringes bzw.The short-circuit ring provides a short-circuit turn for the leg through which the alternating magnetic field cannot pass. This will the total magnetic flux in good approximation proportional to the position of the short-circuit ring limited, so that depending on the position of the short-circuit ring or

wegpropertional zu dessen Verschiebung auf den Schenkeln die Induktivität der Spule geändert wird. Mit einer derartigen Anordnung lassen sich nur proportionale Zusammenhänge zwischen der mechanischen Bewegung und dem elektrischen Ausgangssignal erzielen.wegpropertional to its displacement on the legs is the inductance the bobbin is changed. With such an arrangement, only proportional Relationship between the mechanical movement and the electrical output signal achieve.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß nahezu beliebig geformte Kennlinien des Gebers erzielt werden können. Im einzelnen wird die Gestalt der Spule, welche auf vorzugsweise einen Kern des Schenkels gewickelt wird, so festgelegt, daß sich ein inhomogenes magnetisches Feld zwischen den Schenkeln des Kernes ergibt und daß dadurch bei einer Verschiebung des Kurzschlußringes ein Ausgangssignal an der Spule abgenommen werden kann, das'nicht linear mit der mechanischen Bewegung des Kurzschlußringes zusammenhängt.-Weiterhin ist es besonders vorteilhaft zur Erzielung einer nichtlinearen Geber kennlinie ein zweites Kurzschlußelement vorzusehen, welches die Wirkung einer oder mehrerer auf dem Kern angeordneter Spulen wenigstens teilweise aufhebt. Auch hierdurch kann eine zusätzliche Beeinflussung der Geberkennlinie erreicht werden.Advantages of the invention The arrangement according to the invention with the characterizing Features of the main claim has the advantage that almost any shape Characteristic curves of the encoder can be achieved. In detail the shape of the coil, which is preferably wound on a core of the leg, determined so that there is an inhomogeneous magnetic field between the legs of the core and that an output signal is thereby generated when the short-circuit ring is displaced can be removed from the coil, which is not linear with the mechanical movement of the short-circuit ring related.-Furthermore, it is particularly advantageous to achieve a non-linear encoder characteristic to provide a second short-circuit element, which the effect of one or more coils arranged on the core at least partially cancels. This can also have an additional influence on the encoder characteristic will.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung des induktiven Gebers möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Further training and improvement of the inductive encoder possible.

Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description.

Es zeigen: Figuren 1 bis 4 verschiedene Bewicklungsformen der Kerne und verschiedene Formen des ersten Kurzschlußelementes, Fig. 5 verschiedene auf dem Kern angebrachte einzeln einspeisbare Spulen, Fig. 6 verschiedene auf einem Kern angebrachte Spulen, die wenigstens teilweise kurzschließbar und umpolbar sind und Figuren 7 bis 8 verschiedene Formen des zweiten Kurzschlußelementes.They show: FIGS. 1 to 4 different forms of winding of the cores and various forms of the first short-circuit element, FIG. 5 various individually feedable coils attached to the core, FIG. 6 different on one Coils attached to the core, which are at least partially short-circuited and polarity reversible and FIGS. 7 to 8 different forms of the second short-circuit element.

Beschreibung der Erfindung In Fig. 1 ist ein E-Kern 10 aus ferromagnetischem material dargestellt. Über die gesamte Länge seines mittleren Schenkels 11 ist eine Spule 12 gewickelt, die zwischen dem Mittelschenkel 11 und den übrigen Schenkeln des Kernes 10 ein inhomogenes magnetisches Wechselfeld erzeugt, wenn an die Spule 11 wie weiter nicht dargestellt, eine Versorgungsspannung angelegt wird. Über die Spule 12 ist ein Kurzschlußring 13 geschoben, der längs der Spule verschoben werden kann. Dieser Kurzschlußring stellt eine Kurzschlußwindung dar, die verhindert, daß ein magnetisches Wechselfeld über den jeweiligen Ort, an dem sich gerade der Kurzschlußring befindet, durch das Kurzschlußelement durchtreten kann. Der magnetische Gesamtfluß wird somit abhängig von der Stellung des Kurzschlußringes. Damit ändert sich jedoch auch die Induktivität der Spule 12, die in einer entsprechenden elektronischen Schalteinrichtung, beispielsweise mit Hilfe eines Oszillators ausgewertet werden kann. Durch die kontinuierliche Bewicklung des mittleren Schenkels 11 des E-Kernes wird ein nicht homogen gefüllter Feldraum gebildet und man erhält eine nichtlineare Abhängigkeit der Spuleninduktivität von der Stellung des Kurzschlußringes 13, d.h. eine relativ stärkere Variation der Spuleninduktivität, was in manchen Fällen wünschenswert ist.Description of the Invention In Fig. 1, an E-core 10 is made of ferromagnetic material shown. Over the entire length of its middle leg 11 is a Coil 12 wound between the middle leg 11 and the other legs of the core 10 generates an inhomogeneous alternating magnetic field when applied to the coil 11 as not shown further, a supply voltage is applied. About the Coil 12 is pushed a short-circuit ring 13, which can be moved along the coil can. This short-circuit ring represents a short-circuit winding that prevents an alternating magnetic field over the respective location at which the short-circuit ring is located is located, can pass through the short-circuit element. The total magnetic flux is thus dependent on the position of the short-circuit ring. However, this changes also the inductance of the coil 12, which in a corresponding electronic switching device, can be evaluated for example with the aid of an oscillator. Through the continuous Wrapping of the middle leg 11 of the E-core is not a homogeneously filled one Field space is formed and a non-linear dependence of the coil inductance is obtained of the position of the short-circuit ring 13, i.e. a relatively greater variation of the Coil inductance, which is desirable in some cases.

In Fig. 2 ist ein Geber mit einem U-Kern 14 dargestellt J'+ Schenkel 15 des Kernes trägt hier die langgestreckte Spule 12 und ein Kurzschlußring 16 ist über beide Schenkel des Kernes 14 geschoben. Die Wirkungsweise der Anordnung nach Fig. 2 entspricht vollständig der Anordnung nach Fig. 1. Sie soll deshalb nicht noch einmal wiederholt werden.In Fig. 2, a transmitter with a U-core 14 is shown J '+ leg 15 of the core here carries the elongated coil 12 and a short-circuit ring 16 is pushed over both legs of the core 14. The mode of operation according to the arrangement FIG. 2 corresponds completely to the arrangement according to FIG. 1. It should therefore not be used to be repeated one more time.

In Fig. 3 ist ein Geber mit einem E-Kern 10 und einer auf seinem mittleren Schenkel 11 aufgebrachten langgestreckten Spule 12 dargestellt.Als Kurzschlußelement dient ein Rohr aus magnetisch nichtleitenden, dagegen elektrisch leitfähigem Material, wie bei allen Kurzschlußelementen. Auch bei dieser Anordnung ergibt sich ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen der Verschiebung des Kurzschlußrohres 17 und der Induktivität der Spule 12.In Fig. 3 is a transducer with an E-core 10 and one on its middle Leg 11 applied elongated coil 12 shown. As a short-circuit element a tube made of magnetically non-conductive, but electrically conductive material, as with all short-circuit elements. This arrangement also results in a non-linear one Relationship between the displacement of the short-circuit tube 17 and the inductance the coil 12.

In Fig. 4 ist ein Geber mit einem Kern 10 dargestellt, auf dessen mittleren Schenkel eine Spule 18 gewickelt ist, die den Schenkel 11 nicht vollständig bedeckt. Über dieser Spule 18 ist ein Iturzschlußrohr 17 verschiebbar angeordnet. Mit einem Geber dieser Art kann eine S-förmige Geberkennlinie realisiert werden. An beiden Enden des Kurzschlußrohr-Verschiebebereichs bleibt eine weitere Verschiebung des Kurzschlußrohres 17 ohne Einfluß auf die Induktivität der Spule 18, bei ganz in das Kurzschlußrohr 17 eingetauchter Spule 18 kompensieren Wirbelströme in dem Kurzschlußrohr 17 fast vollständig jeglichen Erregerstrom, bei ganz abgezogenem Kurzschlußrohr 17 bleibt der auf den Raum zwischen den Kernschenkeln konzentrierte nagnetische Fluß konstant und unbeeinflußbar. Derartige Kennlinien sind z.B. für Achslastgeber zur Niveauregulierung von Kraftfahrzeugen erforderlich.In Fig. 4, a transmitter with a core 10 is shown, on the middle leg a coil 18 is wound, which the leg 11 is not completely covered. A short-circuit tube 17 is arranged displaceably above this coil 18. With an encoder of this type, an S-shaped encoder characteristic can be implemented. Another shift remains at both ends of the short-circuit tube shifting area of the short-circuit tube 17 without affecting the inductance of the coil 18, at completely in the short-circuit tube 17 immersed coil 18 compensate eddy currents in the Short-circuit tube 17 almost completely any excitation current, when it is completely withdrawn Short-circuit tube 17 remains that concentrated on the space between the core legs magnetic flux constant and unaffected. Such characteristics are e.g. for Axle load transducer required for level control of motor vehicles.

In Fig. 5 ist ein E-Kern 10 dargestellt, auf dessen mittleren Schenkel 4 Spulen 19,20,21 und 22 angeordnet sind. Die Anzahl und die Anordnung dieser Spulen kann dabei beliebig geändert werden, so daß ein gewünschter Verlauf des magnetischen Feldes zwischen den Schenkeln des Kernes 10 erreicht wird. Über diese Spulen 18 bis 22 ist ein Kurzschlußring geschoben, der zur Vereinfachung der Darstellung jedoch nicht eingezeichnet ist. Durch die entsprechende Anordnung der Spulen 19 bis 22 besitzt die Kennlinie des Gebers nach Fig. 5 abschnittsweise konstante Steigungen. Dabei kann die Steigung der einzelnen Abschnitte nicht nur zunehmen, sondern entsprechend der jeweiligen Stromrichtung des eingespeisten Stromes auch abnehmen. Die Steilheit der Steigung ist durch die Größe des eingespeisten Stromes durch Stromquellen 23, 24, 25 und 26 variabel.In Fig. 5, an E-core 10 is shown on its middle leg 4 coils 19, 20, 21 and 22 are arranged. The number and arrangement of these coils can be changed at will, so that a desired course of the magnetic Field between the legs of the core 10 is achieved. About these coils 18 to 22 a short-circuit ring is pushed, but to simplify the illustration is not shown. By arranging the coils 19 to 22 accordingly has the characteristic of the encoder according to FIG. 5 constant in sections Slopes. The gradient of the individual sections can not only increase, but also according to the current direction of the fed-in current decrease. The steepness of the slope is determined by the size of the injected current by power sources 23, 24, 25 and 26 variable.

Versieht man die Wicklung eines gleichmäßig bewickelten Mittelschenkels eines E-Kernes 10 gemäß Fig. 6 in z.B. gleichen Abständen mit Anzapfungen, so kann die Kennlinie durch überbrückende Kurzschlußschalter 27 oder auch beispielsweise mit umpolenden Wendeschaltern, die in Fig. 6 nicht eingezeichnet sind, beeinflußt und variiert werden.If one provides the winding of an evenly wound central leg of an E-core 10 according to Fig. 6 at e.g. equal intervals with taps, so can the characteristic curve by bridging short-circuit switch 27 or for example with reversing reversing switches, which are not shown in Fig. 6, influenced and be varied.

Weitere Möglichkeiten zur programniierbaren und variablen Kennlinienerzeugung sind in den Figuren 7 bis 9 dargestellt. Die Wirkung des gleichmäßig bewickelten Mittelschenkels 11 eines E-Kernes 10 kann lokal und abschnittsweise unwirksam gemacht werden, wenn man auf ihr, wie in Fig. 7 angedeutet, zusätzlich zu dem ersten Kurzschlußelement 17 ortsfeste Kurzschlußringe 28 anbringt. Dadurch sind zusätzliche Variationen der Geberkennlinie möglich. Wenn diese Kurzschlußringe in anderer Weise und an anderer Stelle auf der Wicklung fixiert werden5 wird dadurch auch ohne Anderung des Kernes 10 der Spulenwicklung 12 bzw. der Kurzschlußringe 28 eine Kennlinienänderung bewirkt.Further possibilities for programmable and variable characteristic curve generation are shown in Figures 7 to 9. The effect of the evenly wound Center leg 11 of an E core 10 can be made ineffective locally and in sections are, if one on it, as indicated in Fig. 7, in addition to the first short-circuit element 17 fixed short-circuit rings 28 attaches. This allows additional variations of the Encoder characteristic possible. If these short-circuit rings in a different way and on different Can be fixed in place on the winding5 without changing the core 10 of the coil winding 12 or the short-circuit rings 28 causes a change in the characteristic.

Die Veränderung der an sich während des Betriebes ortsfesten Kurzschlußringe wird dadurch erleichtert, wenn diese wie in Fig. 8 dargestellt auf einem Trägerröhrchen 29 befestigt sind und mit diesem auf die Spule 12, welche auf dem Mittelschenkel 11 angeordnet ist, aufgeschoben wird. Die Verwendung eines solchen Trägerröhrchens 29 eröffnet auch die Möglichkeit leicht austauschbarer, aufbewahrbarer Kennlinienprogramme.The change in the short-circuit rings, which are stationary during operation is made easier when this as shown in Fig. 8 on a carrier tube 29 are attached and with this on the coil 12, which is on the middle leg 11 is arranged, is postponed. The use of such a carrier tube 29 also opens up the possibility of easily exchangeable, storable characteristic curve programs.

Eine ähnliche mechanische Kennlinienprogrammierung erlauben Kurzschlußrohre gemäß Fig. 9, welche durch eingefräste Unterbrechungen 30 nur abschnittsweise als Kurzschlußring wirken.Short-circuit tubes allow a similar mechanical programming of the characteristic curves according to FIG. 9, which by milled interruptions 30 only in sections as Short-circuit ring act.

Bei allen Ausführungsbeispielen ist noch als besonderer Vorteil zu nennen, daß handelsübliche E- und U-Kerne mit parallelen Schenkeln verwendet werden können und daß die Variierbarkeit durch einfachen Austausch der Wicklung bzw. Umprogrammierung der Spulenspeisung möglich sind und daß sich dadurch ein höheres Variationsverhältnis als bei herkömmlichen Gebern ergibt.In all the exemplary embodiments, there is also a particular advantage mention that commercially available E and U cores with parallel legs are used can and that the variability by simply exchanging the winding or reprogramming the coil supply are possible and that this results in a higher variation ratio than with conventional encoders.

Claims (11)

Ansprüche 1,)Induktiver Geber zur Umformung einer mechanischen Bewegung in eine elektrische Ausgangsgröße mit wenigstens einer auf einem Kern aus ferromagnetischem Material aufgebrachten Spule und wenigstens einem relativ zu dem Kern verschiebbaren ersten Kurzschlußelement, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Gestalt der Spule (12) bzw. der Spulen (19-22) ein inhomogenes magnetisches Feld zwischen den Schenkeln des Kernes (10,14) erzeugt wird. Claims 1,) Inductive encoder for converting a mechanical movement into an electrical output with at least one on a ferromagnetic core Material applied coil and at least one displaceable relative to the core first short-circuit element, characterized in that by the shape of the coil (12) or the coils (19-22) an inhomogeneous magnetic field between the legs of the core (10,14) is generated. 2. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Spule (12) in langgestreckter Form auf einen Schenkel (11 bzw. 15) des Kernes (10 bzw. 14) gewickelt ist.2. Encoder according to claim 1, characterized in that at least one Coil (12) in elongated form on one leg (11 or 15) of the core (10 or 14) is wound. 3. Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere voneinander getrennte Spulen (19-22) auf wenigstens einen Schenkel des Kernes (10) gewickelt sind und getrennt elektrisch gespeist werden.3. Encoder according to claim 1, characterized in that several of each other separate coils (19-22) wound on at least one leg of the core (10) and are supplied electrically separately. 4. Geber nach Anspruch 35 dadurch gekennzeichnet, daß die getrennte elektrische Einspeisung variabel ist und daß insbesondere der eingespeiste Strom in die einzelnen Spulen (19-22) unterschiedlich ist.4. Encoder according to claim 35, characterized in that the separate electrical feed is variable and that in particular the fed current in the individual coils (19-22) is different. 5. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 4> dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Spulen (19-22) auf einem Kern (10) wenigstens eine der Spulen einzeln kurzschließbar oder umpolbar ist.5. Encoder according to one of claims 1 to 4> characterized in that that with several coils (19-22) on a core (10) at least one of the coils individually can be short-circuited or polarized. 6. Induktiver Geber5 insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Kurzschlußelement (28) vorgesehen ist, welches die Wirkung der -Spule (12) bzw. Spulen (19-22) weinigstens teilweise aufhebt.6. Inductive encoder5 in particular according to one of claims 1 to 5, characterized in that a second short-circuit element (28) is provided which the effect of the coil (12) or coils (19-22) cancels at least partially. 7. Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und/oder zweite Kurzschlußelement (17,28) rohrförmig ausgebildet ist.7. Encoder according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the first and / or second short-circuit element (17, 28) is tubular. 8. Geber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzschlußelement mehrere in axialer Richtung der Spule bzw.8. Transmitter according to claim 6, characterized in that the short-circuit element several in the axial direction of the coil or Spulen hintereinander angeordnete Kurzsclilußringe (28) aufweist.Has coils arranged one behind the other Kurzsclilußringe (28). 9. Geber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußringe des Kurzschlußelements auf einem koaxial zu der bzw. den Spulen angeordneten insbesondere rohrförmigen Träger (29) angeordnet sind.9. Encoder according to claim 8, characterized in that the short-circuit rings of the short-circuit element on a coaxial to the coil or coils in particular tubular carrier (29) are arranged. 10. Geber nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurzschlußelement (30) eine rohrförmige Grundform aufweist, in der Aussparungen angebracht sind.10. Transmitter according to one of claims 6 to 9, characterized in that that the short-circuit element (30) has a tubular basic shape in the recesses are appropriate. 11. Geber nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß des zweite Kurzschlußelement (28,30) in bezug auf die Spule (12) bzw. die Spulen (19-22) ortsfest angebracht ist.11. Encoder according to one of claims 6 to 10, characterized in that that the second short-circuit element (28,30) with respect to the coil (12) or the coils (19-22) is fixed in place.
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