DE3212149A1 - Drehwinkelgeber - Google Patents

Description

• Drehwinkelgeber
• Die @rfindung betrifft einen Drehwinkelgeber enthaltend (a) eine auf einem Kreisbogen gewickelte Spule mit Mi ttenan7apfung, (b) eine 7U der Spule konzentrische Eingangswelle und (c) einen mit der Eingangswelle verbundenen, bogenförmigen, ferromagnetischen Anker, der längs der Spule relativ zu der Mittenanzapfung beweglich ist, und (d) eine Schaltungsanordnung die auf Änderungen der Induktivitäten der beiderseits der Mittenanzapfung gebildeten Spulenteile zur Bildung eines Drehwinkelsignals anspricht.
• Bei bekannten Drehwinkelgebern dieser Art greift der Anker mit einem Kern aus weichma@netisch@m Werkstoff mehr oder weniger weit in die bogenförmig gewickelten Spulonieile. Bei einer Drehb@wegung des Ankers aus einer Mittellage wird der Kern weiter in die eine Spulenhäl fte hinein- und dafür entsprechend alis der atode ren Spulenhälfte herausbewegt. Damit wird die Induktivität der einen Spulenhälfte erhöht und die der anderen Spulenhälfte vermindert. Eine Schaltungsanordnung, in welcher die Spulenhälften in einer Brückenschaltung liegen, liefert ein vom Drehwinkel abhängiges Ausgangssignal.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehwinkelgeber der eingangs definierten Art so auszubilden, daß die Charakteristik von Ausgangssignal über Drehwinkel mit hoher r Genauigkeit einem vorgegebenen \Icrlauf folgt, z.B. linear ist.
• Der Drehwinkelgeber soll weiterhin durchdrehbar sein, so daß er keine Anschläge für den Anker benötigt, die zu Störungen Anlaß geben können. Schließlich soll der Drehwinkel geber leicht herstellbar sein.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß (e) der Anker U-förmigen Querschnitt besitzt und die Spule außen umgreift.
• Es wird somit durch den Anker nur das Streufeld beeinflußt. Es hat sich gezeigt, daß mit einem so aufgebauten Drehwinkelgeber eine hohe linearität in einem relativ großen Bereich erzielbar ist. Der Anker kann anders als ein in die Spule eingreifender Kern ohne weiteres über mehr als 5600 durchgedreht werden. Es brauchen daher keine mechanischen Anschläge für den Kern vorgesehen zu werden. Die Fertigung wird erleichtert.
• Ausgest altungen der Erfindung sind Gegenst and der Unteran<J;3rüche.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen 7eichnurl9en näher erläutert: Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorderansicht des Drehwinkelgebers.
• Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt des Drehwinkelgebers.
• Fig. 3 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit von Fig. 2.
• Fig. 4 ist ein Schaltbild.
• Der Drehwinkelgeber enthält eine auf einem Kreisbogen gewickelte Spule 10 mit einer Mittenanzapfung 12. Die Spule 10 erstreckt sich von einem Anfang 14 über die Mittenanzapfung 12 bis zu einem Ende 16.
• In einer Gehäusegrundplatte 18 ist eine Eingangswelle 20 in einem Lager 22 konzentrisch zu der Spule 10 drehbar gelagert. Das Lager 22 sitzt in einem Kragen 24 der Gehäusegrundplatte 18. Die Gehäusegrundplatte 18 hat einen Rand 26 mit einer Ringnut 28 in dessen Innenwandung. Die Spule 10 sitzt auf einer Platte 50 aus isolierendem Material. Diese Platte 30 ist mittels eines in die Ringnut 28 einrastenden Federringes 32 auf der Gehäusegrundplatte 18 gehalten. Mit einem zentralen Durchbruch sitzt die Platte 30 auf dem Kragen 24.
• Mit der Eingangswelle 20 ist ein bogenförmiger, ferromagnetischer Anker 34 verbunden, der längs der Spule 10 relativ zu der Mittenanzapfung 12 beweglich ist. Dieser bogenförmige Anker 34 besitzt U-förmigen Querschnitt und umgreift die Spule 10 außen, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist. Dieser Anker 34 ist gegenüber der Spule 10 durchdretbar.
• Die Spule 10 ist auf einen ring@örmigen Kern 36 aus unmagnetischem Material gewickelt. In diesen Kern 36 ist wenigstens ein Streifen aus wei@hmagnetischem Werkstoff eingelassen. Bei der dargestellten b@vorzugten Ausführungsform bildet der Querschnitt des Kerns ein in Axi al ri cht ung 1 anggestreckt es Rechteck mit abgerundeten Ecken. In den so gebildeten inne rein und äußeren Mantelflachen 38 und 40 des ringförmiqen Kerns 36 ist je ein Streifen 42 bzw. 44 aus weichmagnetischem Werkstoff ei rogelassen.
• Dr Anker 34 enthält einen bogenförmigen, im Querschnitt U- fö rrni gen Körper 46 aus unmagnetischem Materials der von rechts in Fig. 3 und 2 um die Spule 10 herumgreift.
• Auf den Innenfl achen 48 und 50 dieses Körpers 46 sind Streifen 52 bzw. 54 aus weichmagnetischem Werkstoff eingelassen. Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Anker 34 als Drchteil mit einer Scheibe 56 und zwei 1 ängs 5 deren Umfangs verlaufenden, koaxialen Rippen 58 und 60 ausgebildet. Dabei bilden die Rippen 58 und 60 die Seitenwandungen des U- förmi gen Querschnitts.
• Die Streifen 52 und 54 erstrecken sich nur über einen Teil des Umfangs.
• Die Breite der Streifen 52 und 54 kann sich in Umfangsrichtung zur Erzielung einer gewünschten Charakteristik des Drchwinkelgebers ändern.
• Das unmagnetische Material sowohl für den Kern 36 als auch für den Anker 34 ist bei der bevorzugten Ausführungsform Aluminium.
• Der Anker 34 sitzt mit einer Nabe 62 auf der Fingangswelle 20 und ist mittels einer Schraube 64 auf dieser gesichert. Ein Mantelteil 66 und ein Deckelteil 68 decken die gesamte beschriebene Anordnung ab. In einem Kragen 70 des Deckelteils 68 sitzt ein Lager 72. In diesem lager 72 ist das Ende der Eingangswelle 20 qe-lagert. An dem Manteteil 66 sind Anschlußklemmen 74 vorges@ben, die mit Anfang 14, Fnde 16 und MIttenanzapfung 12 der Spule 10 verbunden sind.
• Die zugehörige Schaltung ist in Fig. 4 dargestellt.
• Ein Oszillator 76, der von einer Versorgungsqleichspannung an Klemme n 78 gespeist wird, liefert eine Wechselspannung an einem Transformator 80. Diese Wechselspannung erzeugt Ströme durch die beiden Hälften der Spule 10. Diese Ströme hängen von den Induktivitäten der beiden Hälften und damit von der Stellung des Ankers 34 ab. Die Ströme werten durch Dioden 82 bzw. 84 gleichgerichtet und 3 aden kondensatoren 86 bzw. 88 auf. 7 u den Kondensatoren 86 und 88 ist je ein ohrnscher Widerstand 90 bzw. 92 parallel geschaltet. Die Kondensatoren 86 und 88 sind mit ihren Spannungen gegenei nanderyesclaltet. Wenn die Induktivitäten in den beiden Hälften der Spule 10 gleich sind, werden die Kondensatoren 86 und 88 symmetrisch aufgeladen, und die resultierende Gleichspannung ist null.
• Bei einer Unsymrnetrie werden auch die Kondensatorspannungen unsymmetrisch. Es erscheint eine resultierende Gleichspannung von entweder positivem oder negativem Vorzeichen je nach der Richtung der Winkelauslenkung.
• Diese Gleichspannung wird durch einen Kondensator 94 geglättet.
• Di e Gleichspannung liegt über einen Widerstand 96 an einen Eingang 98 eines Operationsverstärkers 100. An einem anderen Eingang 102 des Operationsverstärkers 100 liegt jiber einen Widerstand 104 ei ne Spannung, die an einem Potentiometer 106 abgegriffen wird. Die Speisespannung für das Potentiometer 106 wird erbalten über einen von dem Oszillator 70 gespeisten Iransformator 108 und eine Gleichrichterbrücke 110. Die gleichgerichtete Wechselspannung wird durch einen Kondensator 112 geglättet. Die erhaltene Gleichspannung wird durch eine Stabilisator -schaltung mit einem Widerst and 114 und einer Zenerdiode 1)6 stabilisiert.
• An der stabilisierten Spannung liegt eine Kette mit einem Widerstand 118, einem Potentiometer 120 und einem Widerstand 122. Der Schleifer des Potentiometers 120 ist mit einer Seite des Kondensators 94 verbunden. Es wird so ein Referenzpunkt für die auf den Operationsverstärker geschalteten Spannungen geschaffen. Parallel zu der Kette 118, 120, 122 liegt eine Kette mit drei Widerständen 124,126,128. Das Potentiometer 106 liegt an dem mittleren Widerstand 126.
• Ein Potentiometer 130, dessen Schleifer mit dem Ausgang des Qperationsverstärkers 100 verbunden ist, gestattet eine Einstellung der Gegenkopplung und damit des Verstärkungsgrades. Die Ausgangsspannung wird zwischen Klemmen 132, 134 abgegriffen.

Claims (8)

1. Patent ansprüche Drehwinkelgeber enthaltend (a) eine auf einem Kreisbogen gewickelte Spule (10) mit Mittenanzapfung (12.), (b) eine zu der Spule konzentrische Eingangswelle (20) und (c) einen mit der Eingangswelle (20) verbundenen, bogenförmigen, ferroanetischen Anker (34), der längs der Spule (10) relativ zu der Mittenanzapfung (12) beweglich ist, und (d) eine Schaltungsanordnung (Fig. 4) die auf Änderungen der Induktivitäten der beiderseits der Mittenanzapfung (12) gebildeten Spulenteile zur Bildung eines Drehwinkelsignals anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß (e) der Anker (34) U-förmigen Querschnitt besitzt und die Spule (10) außen umgreift.
2. 2. Drehwinkelgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (34) gegenüber der Spule (10) durchdrehbar ist.
3. 3. Drehwinkelgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß (a) die Spule (10) auf einen ringförmigen Kern (36) aus unmagr)etischem Material gewickelt ist und (b) in den Kern (3G) wenigstens ein Streifen (42,44) aus weichmagnetischem Werkstoff eingelassen ist.
4. 4. Drehwinkelgeber nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß (a) der Querschnitt des Kerns (36) ein in Axialrichtung langgestrecktes Rechteck mit abgerundeten Ecken bildet und (b) in die so gebildeten inneren und äußeren Mantelflächen (38,40) des ringförmigen Kerns (56) je ein Streifen (42,44) aus weichmagnetischem Werkstoff eingelassen ist.
5. 5. Drehwinkelgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß (a) der Anker (34) einen bogenförmigen, im Querschnitt U-förmigen Körl)er (46) aus unmagnetischem Material erothält, der um die Spule (10) herumgreift, und (b) auf den Innenflächen (48,50) dieses Körpers (46) Streifen (52,54) aus weichmagnetischem Werkstoff eingelassen sind.
6. 6. Drehwinkelgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Streifen (52,54) sich in Umfangsri cht ung zur Erzielung einer gewünschten Charakteristik des Drehwinkelgebers ändert.
7. 7. Drehwi nkelgeber nach Anspruch 6, dadurch yekennzeichnet, daß (a) der Anker (34) als Drehteil mit einer Scheibe und zwei längs deren Umfangs verlaufenden koaxialen Rippen (58,60) ausgebildet ist, wobei die Rippen (58,60) die Seitenwandungen des U-förmigen Querschnitts bilden, und (b) die Streifen (52,54) aus weichmagnetischem Werkstoff sich nur über einen Teil des Umfangs erstrecken.
8. 8. Drehwinkelgeber nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das unmagnetische Materia Aluminium ist.