DE3218508C2

DE3218508C2 - Frequenzgespeiste Meßspulenanordnung für einen induktiven Drehwinkelaufnehmer

Info

Publication number: DE3218508C2
Application number: DE19823218508
Authority: DE
Inventors: Oskar Ing.(grad.) 7073 Lorch Mohilo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-05-17
Filing date: 1982-05-17
Publication date: 1986-12-18
Also published as: DE3218508A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Meßspulensystem für einen induktiven Drehwinkelaufnehmer mit Trägerfrequenzspeisung. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Meßspulensystem zu schaffen, das gegenüber den bekannten Meßspulensystemen dieser Art dahingehend verbessert ist, daß es für größere Winkelbereiche einsetzbar ist, eine geringere Massenträgheit aufweist und mit einem Geringstmaß an Aufwand verwirklichbar ist. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, das Meßspulensystem aus zwei die gleiche Anzahl Spulen enthaltenden Wicklungssträngen zu bilden, von denen jeder einlagig und derart auf einem zylindrischen Wicklungsträger aufgebracht ist, daß die aufeinanderfolgenden Spulen jedes Wicklungsstranges jeweils in entgegengesetztem Sinn gewickelt sind, wobei die beiden Wicklungsträger konzentrisch zueinander angeordnet und relativ zueinander verdrehbar sind und in der Nullage des Meßspulensystems so gegeneinander versetzt liegen, daß die Längsseiten der Spulen des einen Wicklungsstranges jeweils der Mitte des anderen Wicklungsstranges zugeordnet sind.

Description

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Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Meßspulensystem Ein solches Meßspulensystem ist auf kieine radiale

für einen Drehwinkelaufnehmer zu schaffen, das für re- Verlagerungen der Meßspulen unempfindlich, weil sie

laliv große Winkelbereiche einsetzbar ist, dessen Mas- diese automatisch kompensieren. Entsprechendes gilt

scnirägheit vergleichsweise gering ist und das mit einem auch im Falle geringer Schräglagen der Symmetrieach-

Geringstmaß an Aufwand verwirklichbar ist. 5 sen der beiden Meßspulen. Ferner erhält man auch bei

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, einem sehr engen Luftspalt zwischen den beiden Wick-

daß die Spulen jeweils durch einen auf dem zugehörigen lungssträngen 3 und 4, welche die beiden Meßspulen

Wicklungsträger aufgebrachten Wicklungsstrang ver- verkörpern, noch einen verhältnismäßig langen linearen

körpert sind, der aus einer Anzahl Spulen mit jeweils Meßweg und trotzdem eine hohe Empfindlichkeit bzw.

zwei Spulenseiten und zwei Spulenköpfen gebildet ist, io einen guten Kopplungsgrad. Schließlich ist ein solches

wobei die Anzahl der Spulen je Wicklungsstrang gleich Meßsystem sehr preisgünstig herzustellen, da es aus nur

ist und die aufeinanderfolgenden Spulen jedes Wick- vier Einzelteilen besteht, von denen zwei ganz einfache,

lungsstrangs in entgegengesetztem Sinn gewickelt sind, z. B. aus Kunststoff bestehende Drehteile sind und die

und daß die beiden Wicklungsträger mit ihren Wick- anderen beiden Teile Wicklungsträger in Form von Fo-

lungssträngen relativ zueinander verdrehbar sind und in 15 lienzylindern sind. Die besagten Teile können gegebe-

der Nullage der Meßspulenanordnung so gegeneinan- nenfalls auch aus Kunststoffspritzgut hergestellt wer-

der versetzt liegen, daß die Längsseiten der Spulen des den.

einen Wicklungsstrangs jeweils der Mitte der Spulen Beim Ausführungsbeispiel gemäß F ig. 3 ist der Wick-

des anderen Wicklungsstranges zugeordnet sind. lungsstrang 3' in eine doppelt kaschierte Folie 16 einge-

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der 20 ätzt. Dabei sind der besseren Übersichtlichkeit halber

Zeichnung, die zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele lediglich vier Spulen 8' ausgezogen, die jeweils mehrere

des Meßspulensystems scheniatisch veranschaulicht, er- Windungen enthalten. Die gestrichelt gezeichneten

läutert. Es zeigt Windungen der Spulen befinden sich auf der Rückseite

F i g. t eine Aufwicklung (360°) der jeweils auf eine in bzw. auf der Unterseite der kaschierten Trägerfolie 16.

ihrem stirnseitigen Bereich mit Ausnehmungen versehe- 25 Die geätzten Meßspulen sind so ausgeführt, daß sie

nen Folie aufgebrachten Wicklungsstränge, elektrisch die gleiche Wirkung haben wie die aus Draht

F i g. 2 die zu einem Zylinder geformte Einheit Wick- gewickelten Spulen,

lungsstrang mit Trägerfolie, Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel

F i g. 3 einen in eine doppelt kaschierte Folie einge- eines Drehwinkelaufnehmers sind auf der tragenden

ätzten Wicklungsstrang, 30 Welle 17 der Aufnahmeflansch 18 für den nicht gezeich-

F i g. 4 einen Längsschnitt durch einen mit dem erfin- neten Prüfling (eine mit Drehschwingungen behaftete

dungsgemäßen Meßspulensystem ausgerüsteten Dreh- Maschine) und der Wicklungsträger 19 fest angeordnet

schwingungsaufnehmer. Der Stator 20 ist über zwei Kugellager 21 und 22 dreh-

In den Fig. 1 und 2 sind die beiden Trägerfolien mit 1 bar auf der Welle 17 gelagert und enthält die Zuführung und 2 bezeichnet, während 3 und 4 die jeweiligen Wick- 35 23 der Trägerfrequenzspeisung sowie die Rückführung lungsstränge mit ihren Anfängen A, A'und Enden B, B' 24 der modulierten Trägerfrequenz jeweils über Drehdarstellen. Die beiden Trägerfolien weisen entlang ihrer übertrager. Der Träger 25 der Einheit Wicklungsstrangbciden Stirnseiten Ausschnitte 6 bzw. 7 auf, die beim Folienzylinder 3,1 ist über das Kugellager 26 drehbar Ausführungsbeispiel jeweils einen Sektor von ca. 90° auf der Welle 17 angebracht und mechanisch fest mit umfassen. Die Wicklungsstränge sind jeweils einlagig 40 der trägen Masse 27 verbunden, die ihrerseits über das aus Spulendraht gewickelt, wobei die aufeinanderfol- Kugellager 28 drehbar auf der Welle 17 angeordnet ist genden Spulen 8 bzw. 9 die gleiche Weite aufweisen und Zur Drehmitnahme der Masse 27 mit der Welle 17 dient jeweils in entgegengesetztem Sinn gewickelt sind, wie eine federnde Verbindung 29 zwischen träger Masse dies die eingezeichneten Pfeile veranschaulichen. Die und Welle in Form einer weichen Mitnahmefeder. Auf stirnseitigen Spulenverbindungen 10 bzw. 11 liegen, wie 45 der Nabe des Trägers 19 ist der auf einem Folienzylines gestrichelt angedeutet ist, jeweils hinter den durch die der 2 befindliche Wicklungsstrang 4 beispielsweise Ausschnitte gewonnenen keilförmigen Zungen 12, 13 durch Kitten fest angebracht. Der ebenfalls auf einem der Trägerfolien, wogegen die Spulenlängsseiten 14 Folienzylinder 1 fest angebrachte Wicklungsstrang 3 ist bzw. 15 auf den Trägerfolien aufliegen. Dadurch wird am Innenumfang des Spulenträgers 25 angeordnet Die eine sehr flache, einlagige Wicklung gewonnen. 50 eingekoppelte Trägerfrequenz gelangt auf den Wick-

Die beiden Wicklungsstränge 3 und 4 sind beim Aus- lungsstrang 4 des Meßspulensystems. Sofern sich das führungsbeispiel in der Ausgangslage um 30 räumliche gesamte Meßspulensystem nicht in der Nullage befin-G rad gegeneinander versetzt angeordnet. Dadurch ist det, wird die Trägerfrequenz auf den zweiten Wickerreicht, daß die Längsseiten 15 der Spulen 9 des Wick- lungsstrang 3 eingekoppelt. Die modulierte Trägerfrelungsstrangs 4 jeweils der Mitte der Spulen 8 des ande- 55 quenz wird dann von diesem Teil des Meßspulensystems ren Wicklungsstrangs 3 zugeordnet sind. Demgemäß mit Hilfe des Drehübertragers ausgekoppelt
liegt die Kopplung vom Wicklungsstrang 3 auf den Der Drehwinkelaufnehmer wird mittels des Flansches Wicklungsstrang 4 in der neutralen Zone. Das bedeutet, 18 an die Drehschwingungen ausführende Maschine andaß eine Übertragung der Trägerfrequenz in dieser La- gekuppelt. Das hat zur Folge, daß der Flansch 18 und die ge der beiden Wicklungen zueinander, der sogenannten 60 ihn tragende Welle 17 genau denselben Winkelge-Nullage, nicht erfolgt. scuwiridigkeitsanderungcn unterwerfer. sind wie der

Die zu einem exakten Zylinder geformte Einheit Prüfling. Die träge Masse 27 wird über die Feder 29 Wicklungsträger 1 mit Wicklungsstrang 3 ist in F i g. 2 mitgenommen bzw. mitgezogen. Dabei ist die Federveranschaulicht. Die zu einem entsprechenden Zylinder konstante so gewählt, daß das Feder-Masse-System seigerollte Einheit Wicklungsträger 2 mit Wicklungsstrang bs ne gleichförmige Winkelgeschwindigkeit beibehält. 4 wird konzentrisch zur Einheit 1, 3 angeordnet und Demzufolge erfahren die beiden Wicklungsstränge des weist demgemäß einen etwas geringeren Durchmesser Meßspulensystems relative Winkelverdrehungen, die ^nnf denjenigen des Meßobjekts entsprechen. Die Modula-

tion am Ausgang bzw. an der Rückführung 24 ist somit proportional der Winkelverdrehung zwischen der trägen Masse 27 und dem Flansch 18.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Meßspulensystems besteht darin, daß auch bei kleinen Durchmessern des Meßsystems noch eine sehr brauchbare Empfindlichkeit erzielt wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

1 2 Die Erfindung bezieht sich auf eine frequenzgespeiste Patentansprüche: Meßspulenanordiiung für einen induktiven Drehwinkelaufnehmer, der auf einem äußeren zylindrischen Wick-

1. Frequenzgespeiste Meßspulenanordnung für ei- lungsträger und einem konzentrisch dazu liegenden innen induktiven Drehwinkelaufnehmer, bestehend 5 neren Wicklungsträger angebrachte Spulen enthält, woaus auf einem äußeren zylindrischen Wicklungsträ- bei die eine Spule mit ihrem Träger relativ zu der auf ger und einem konzentrisch dazu liegenden inneren dem anderen Träger befindlichen Spule bewegbar ist zylindrischen Wicklungsträger angebrachten Spu- und das Ausmaß der Relativbewegung der Spulen zulen, wobei die eine Spule mit ihrem Träger relativ zu einander induktiv in ein Drehwinkelsignal umsetzbar ist. der auf dem anderen Träger befindlichen Spule be- 10 Es sind Drehwinkelaufnehmer bekannt, die ein aus wegbar ist und das Ausmaß der Relativbewegung zwei diametral zueinander angeordneten Differentialder Spulen zueinander induktiv in ein Drehwinkelsi- transformatoren bestehendes Meßsystem besitzen, wo· gnal umsetzbar ist, dadurch gekennzeich- bei die tangential zum Meßkreis angeordneten Meßnet, daß die Spulen jeweils durch einen auf dem wandler in der Regel elektrisch in Reihe geschaltet sind, zugehörigen Wicklungsträger (1, 2) aufgebrachten 15 Der linear erfaßbare Meßbereich solcher Drehwin-Wicklungsstrang (3,4) verkörpert sind, der aus einer kelaufnehmer ist ziemlich begrenzt, so daß sie nur für Anzahl Spulen (8, 9) mit jeweils zwei Spulenseiten sehr kleine Winkelbereiche, ca. ±3°, einsetzbar sind. (14,15) und zwei Spulenköpfen (10,11) gebildet ist, Des weiteren ist die Befestigung und Zentrierung der wobei die Anzahl der Spulen je Wicklungsstrang Differentialtransformatoren aufwendig und erfordert gleich ist und die aufeinanderfolgenden Spulen jedes 20 mehrere Teile in Präzisionsausführung. Diese Teile be-Wicklungsstrangs in entgegengesetztem Sinn gewik- stehen meist aus Metall und verursachen eine Vergrökelt sind, und daß die beiden Wicklungsträger mit ßcrung der Massenträgheit, die sich im Falle rascher ihren Wicklungssträngen relativ zueinander ver- Winkeländerungen, wie sie beispielsweise bei Drehdrehbar sind und in der Nullage der Meßspulenan- Schwingungsmessungen an schnellaufenden Motoren Ordnung so gegeneinander versetzt liegen, daß die 25 auftreten, ungünstig auf das Schwingungsverhalten des Längsseiten (14 bzw. 15) der Spulen des einen Wick- Drehwinkelaiifnehmers auswirken kann,
lungsstrangs jeweils der Mitte der Spulen des ande- Durch die DE PS 7 02 504 ist eine Anordnung zur ren Wicklungsstrangs zugeordnet sind. Messung mechanischer Schwingungen mit Hilfe einer in

2. Meßspulenanordnung nach Anspruch 1, da- einem Wechselfeld befindlichen Spule bekannt, welche durch gekennzeichnet, daß die Wicklungsträger (1, 30 durch die zu vermessende Schwingung (Verschiebung) 2) im Bereich ihrer beiden Stirnseiten mit Ausneh- so bewegt wird, daß durch die Messung der in ihr indumungen (6,7) versehen sind, deren Kanten als Um- zierten Spannung die Lage der Spule festgestellt werlenkkantenfürdieSpulenstirnseiten(10,ll)dienen. den kann. Dabei wird das Wechselfeld, in dem sich die

3. Meßspulenanordnung nach Anspruch 2, da- Spule befindet, durch zwei zu ihr ganz oder näherungsdurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (6,7) 35 weise achsparallele Spulen erzeugt, deren Einwirkung in den Wicklungsträgern (1, 2) symmetrisch ange- auf die bewegliche Spule sich je nach deren Lage mehr ordnet sind. oder weniger stark aufhebt.

4. Meßspulenanordnung nach einem der vorher- Es sind auch schon Verschiebungsmesser (Schwingehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß gungs- und Dehungsmesser) bekannt, bei denen sich ein die Ausnehmungen (6,7) in den Wicklungsträgern (1, 40 vor den Polen eines Magnetsystems angeordneter An-2) etwa rechtwinklige Ausschnitte sind. ker nach Maßgabe von auf ihn von außen wirkenden

5. Meßspulenanordnung nach einem der vorher- Kräften von oder zu den Polen verstellt und dadurch gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Modulation der Trägerfrequenz bewirkt. Um hierdie Wicklungsstränge (3, 4) jeweils auf eine ebene bei einerseits einen reinen Wechselstrom zu erhalten Folie aufgebracht sind, welche anschließend zu ei- 45 und andererseits beim Anschluß mehrerer Verschienem Zylinder geformt wird. bungsmesser an denselben Generator dessen Überdi-

6. Meßspulenanordnung nach Anspruch 1, da- mensionierung zu verhindern, wenn durch Belastungsdurch gekennzeichnet, daß die Wicklungstränge (3, wechsel bedingte gegenseitige Beeinflussungen der 4) in eine ebene, doppelt kaschierte und zu einem Verschiebungsmesser vermieden werden sollen, wird Zylinder geformte Folie eingeätzt sind. 50 die Trägerfrequenz im Verschiebungsmesser selbst er-

7. Meßspulenanordnung nach den Ansprüchen 1 zeugt (DE-PS 7 06 309).

bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Wicklungs- Bei Schwingungs- oder Verschiebungsmessern gc-

strang sechs Spulen enthält. maß den DE-PS 7 02 504 und 7 06 309 tritt das Problem

8. Meßspulenanordnung nach einem der vorher- einer Vergrößerung der Drehwtnkelbereiche im Verein gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß 55 mit der Reduzierung der Massenträgheit nicht auf. Insodie mittlere Weite der Spulen (8, 9) jeweils etwa 60 weit weisen derartige Schwingungsmesser· keine Bcrühräumliche Grad beträgt und die beiden Wicklungs- rungspunkle mit einem Drehwinkelaufnehmer nach der stränge (3,4) bzw. Wicklungsträger (1,2) in der Aus- vorliegenden Erfindung auf.

gangslage um 30° räumlich gegeneinander verdreht Dies gilt auch im Hinblick auf eine Einrichtung zur

sind. 60 Umwandlung der Winkelstellung des Ankers eines in-

9. Meßspulenanordnung nach einem der vorher- duktiven Gebers in eine ihr porportionale Größe, wie gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sic in der DE-AS 11 07 953 dargestellt und beschrieben die aufeinanderfolgenden Spulen jedes Wicklungs- ist. Hier geht es darum, eine Veränderung der Kennlinie Strangs gleiche Weite aufweisen. des Wandlers aufgrund einer zum Beispiel durch Wares nieausdehnungen verursachten Verschiebung der Wick·

lung zu vermeiden.

Anknüpfend an die Unzulänglichkeiten der eingangs erwähnten induktiven Drehwinkelaufnehmer liegt der