JP4511818B2 - 電磁的なハーフシェル形トランスのエネルギー伝送部および光電式データ信号伝送部を備えたコンパス - Google Patents

Description

本発明は、電磁的なハーフシェル形トランスのエネルギー伝送部および光電式データ信号伝送部を備えたコンパスに関する。

ジャイロコンパスでのエネルギーおよび信号伝送のために、本件出願人の例えばＤＥ１０１０２２７８．Ａ１で提案されている光電伝送区間が公知である。そこでは、その他公知の従来技術すべてにおいてもそうであるように、給電電圧をループリング接続部を介して供給することが提案されている。ループリング接続部が殊に長い順安定時間に関して持ち合わせている欠点は知られている。

別の用途に対するループリングレス伝送は更に例えば既に１９９２１７３４Ａ１に記載されており、ここではトランバーター（送信および受信コンバータ）回路が一次側に挿入されており、１次側は変調回路に接続されている。しかしドライブ制御の種類またはクロック周波数および作動電圧に関して詳細なデータは示されていない。
ＤＥ１０１０２２７８．Ａ１ １９９２１７３４Ａ１

本発明の課題は、ループリング接続部の欠点を回避し、また給電電圧をループリングレスに伝送することであり、ここでコンパスにおいて使用することができる、部分的に導電分離されている種々異なっている給電電圧、つまり加熱、ジャイロ球駆動および自由に運動する部分における電子装置給電のための給電電圧を使用することができるようにしたい。すなわち、通例の電圧２４Ｖである加熱用給電電圧の他に、同形であることに高度な要求を課すべきであるジャイロ球の給電のために駆動用４００Ｈｚを有する５５Ｖの電圧を用意し、可動のユニットにおいてはそこに存在している電子装置の電圧供給のために６Ｖを用意するようにしたい。

この課題は、電磁的なハーフシェルトランス式エネルギー伝送部と光電式データ伝送部とを備えているコンパスにおいて、本発明により、ハーフシェルトランスにおいて１次側のハーフシェルにおける少なくとも１つの巻線がＨブリッジ回路を介して、調整可能な入力電圧源に接続されており、かつ加熱部と、電圧供給を制御する内部電子装置と、ジャイロ球用モータ給電部などとの電圧供給のための複数個のタップを備えている少なくとも１つの２次巻線が別のハーフシェルコイルに設けられていることによって解決される。

その他の請求項には本発明の有利な形態が記載されている。

その際特別有利なのは、Ｈブリッジにおいて生成される、２つの極性の１００％エネルギー対称な矩形信号の使用である。この信号は、直流電圧成分による磁気損失を回避しかつコンパスの遠くに存在しているわけではないジャイロの影響を回避するために１次コイルに供給される。

その際ブートストラップ・ローダおよび従来のドライバを備えている高精度のＨブリッジ回路はハーフシェルトランスの磁気的に反作用のない給電のために調整ユニットによって常に相互に同じでかつ対称な振幅面を有しているように一定に保持される。このことはシステムの電力要求に相応してＨブリッジ回路を監視しかつドライブ制御するマイクロプロセッサによって実現される。その際高められた電力要求は入力給電電圧を持ち上げることによって追従調整される。

このようにして実現される、９６％の効率によって殊に、周辺磁化も零に向かい、かつ１０％およびそれ以上の安定化範囲が実現される。

次に本発明を有利な実施例を添付図面に基づき詳細に説明する。その際に本発明の別の利点および特徴も明らかにする。

その際図１に図示の構成要素は殊に、約１０ないし４０Ｖの作動電圧において出力側で約６０ないし７０Ｖの直流電流を提供する安定した電圧供給部１０と、構成要素１２として示されている高精度のＨブリッジ回路（パルス化されたドライブ制御の際に出力側に相応のコンデンサにより調整設定可能な電圧を生成する相補形電力トランジスタ）とを含んでいる。

上述の構成要素１２から、ハーフシェルトランスは磁気的に反作用なしに給電される。ハーフシェルトランスは鎖線で示されている２つのケース１４，１６によって示されておりかつこれらの間には空隙１８が存在している。その際磁気損失を回避するために２つの極性の矩形信号比に１００％のエネルギー対称性が保証される。

更に入力側に図示されているモジュール２０において、生成された信号に応じて、殊に側縁急峻度を考慮してマイクロプロセッサによって、Ｈブリッジ回路１２が調整されかつ監視される。この調整に対するセンサは入力側ハーフシェルにおいては参照番号２２によって示されている。センサは１次巻線に独自のタップを有している。

ところで出力側ハーフシェルにおいて参照番号２４，２６および２８が付されている個々のコイル（コイルの巻線はバイファイラ巻きされている）が５０〜６０Ｖの電圧、加熱用の２４Ｖの電圧および２次側の電子装置用の６Ｖ電圧を取り出すために設けられている。その際最後に挙げた６Ｖ電圧は有利な実施形態において、直流的に分離されている場合にハーフシェルトランスの１次側においても適当な巻線のタップによってコンパスの種々異なっている出力インタフェース（Kursbus, externer（出力側の）Can-Bus 1 + 2）に対する給電電圧として利用される。

その際構成要素３０および３２間の光電的なインタフェースとして図の下側に示されているＣＡＮバスインタフェースは伝送システムの光電的なインタフェースを形成しかつ殊に、高さ位置、コンダクタンスおよび温度に関するコンパスからの信号情報を伝送するために用いられる。

６９ｍｍの外径および２２ｍｍの内径を有するハーフシェルトランスを使用することが提案され、これらの間には、ハーフシェルがそれぞれ１４ｍｍの高さである場合には１ｍｍの空隙が設けられている。その際ハーフシェルに対する材料として強磁性材料Ｎ２２が使用され、かつその際それぞれ設定されている数のコイルが合成樹脂コアに巻回される。電力伝達が１５０Ｗである場合、周辺が零に向かって磁化されているのであれば約９６％の効率が生じる。

クロック周波数として３０ｋＨｚが選択されかつクロック比は１００％の対称性を有する１：１である。その際安定化範囲は１０％ということになり、ハーフシェルの１次および２次モジュールは時計方向においても反時計方向においても任意に旋回可能である。

ハーフシェルトランスの出力電圧は調整されず、種々異なっている出力要求に依存してマイクロプロセッサモジュールを用いてＨブリッジに対する高度に安定化された入力源電圧（−２０％以上にはならない）が調整される。これにより、ハーフシェルトランスは漂遊磁界がなければコンパスのエンコーダ軸線において動作することが保証される。

Ｈブリッジ１２は詳しくは、高度に安定化されている源からの非常に正確な電圧パルス半部を用いてインダクタンスをドライブ制御する。周波数およびキーイング比（対称性を実現するために正確に５０％）は負荷が変動する場合にも一定にとどまるので、これの調整は不必要になる。

その際２つのＨブリッジ半部は対称的にドライブ制御されかつ定義されている空乏化遅延においてＨブリッジのＭＯＳＦＥＴトランジスタは、インダクタンスおよび寄生容量から成る残留エネルギーが半分を「空乏化する」ようにドライブ制御される。このことは、回路の相当多い残留電荷が切り換え時点において直接給電部に戻されることを意味するので、効率は比較的高くかつソース電圧は対して強くはパルス負荷されていない。

Ｈブリッジ回路１２の残留エネルギーのこのきちんとした空乏化があって初めて、インダクタンスの側縁急峻度最適化されたドライブ制御が可能になり、これにより、高い鮮鋭度の所望の矩形信号が提供される。これらは相互にはっきり、すなわち直流電圧成分なしに際立っている。

図２において、ベルト式伝動装置を備えているステップモータ４８を介して駆動される、略示されているだけのグレーコードディスク５０にはハーフシェル式のエネルギー中継器の一方の側が装着されている。このエンコーダは追従するための角度位置を供給する。上側には構成要素３０および３２を備えている内部ＣＡＮバスインタフェースおよびグレーコードディスク５０の光学的な走査部５２が示されており、下方の領域には振り子式ヒンジに懸架されている被覆球（Huellkugel）３６が示されている。これは支持液体、ポンプおよび加熱部並びに全体の姿勢を保持する回転するジャイロ球を備えている。球のコースタップ（Kursabgriff）は約５０ｋＨｚという高周波で行われる。参照符号３４は全部の給電線、制御線および信号線に対する接続部を表している。

電磁的ハーフシェルトランス式エネルギー中継器４０および光電式のデータ伝送部３０，３２を備えた本発明のコンパスの特徴はというと１次のハーフシェルに対する少なくとも１つの巻線であり、これはＨブリッジ回路１２を介して調整可能な入力電圧源１０に接続されており、その際機能を得るために必要なすべての電圧に対する、とりわけ加熱部、電子装置およびジャイロ球のモータ給電部の電圧供給に対する複数の取り出し部、、すなわちタップ２４，２６，２８を備えている少なくとも１つの２次側の巻線が他方のハーフシェルコイルに設けられている。その際異なった巻き数を有する相互にバイファイラ巻きされている複数のコイル巻線が少なくとも２次のハーフシェルコイルに設けられる。入力側では、有利な形態においては光学的な信号伝送区間３０，３２により制御データを受信するために２次側において高められる所要エネルギーに基づいて入力電圧源１０の電圧高さを調整する装置が接続される。

これに対してＨブリッジ回路１２によって生成される矩形信号の振幅面積の第２の調整装置２０が１次側における磁気損失を回避するために、側縁の勾配が等しくない場合には殊に１次巻線（の１つ）において生成された矩形信号を捕捉検出するためのセンサ２２を用いてＨブリッジ回路１２における補正制御データを求めるために設けられ、かつＨブリッジ回路１２のトランジスタのドライバに接続されている。Ｈブリッジ回路は大抵は有利にはブートストラップ・ローダを有するＭＯＳＦＥＴトランジスタから成っている。

伝送システムの構成要素の略図 コンパス構成の略図

符号の説明

１０ 電圧供給部ないし入力電圧源
１２ Ｈブリッジ回路
１４，１６ ハーフシェルトランス
１８ 空隙
２０ モジュールないし第２の調整装置
２２ センサ
２４，２６，２８ 巻線もしくは電圧取り出し部
３０，３２ 光信号伝送区間
４０ ハーフシェル形エネルギー中継器
５０ グレーコードディスク

Claims (7)

1. 電磁的なハーフシェルトランス式エネルギー伝送部と光電式データ伝送部とを備えているコンパスにおいて、
   ハーフシェルトランス（１４，１６）において
   １次側のハーフシェルにおける少なくとも１つの巻線が調整可能な入力電圧源（１０）にＨブリッジ回路（１２）を介して接続されており、かつ
   電圧供給のための複数個のタップを備えている少なくとも１つの２次巻線が別のハーフシェルコイルに設けられている
   ことを特徴とするコンパス。
2. 前記複数個のタップは、加熱部と、電圧供給を制御する内部電子装置と、ジャイロ球用モータ給電部に対する電圧供給のために設けられている
   請求項１記載のコンパス。
3. 少なくとも２次のハーフシェルコイルに異なった巻き数を有する複数の相互にバイファイラ巻きされているコイル巻きを備えている
   請求項１または２記載のコンパス。
4. 光学的な信号伝送区間（３０，３２）により制御データを受信するために２次側において高められる所要エネルギーに基づいて入力電圧源（１０）の電圧高さを調整する装置が設けられている
   請求項１から３までのいずれか１項記載のコンパス。
5. Ｈブリッジ回路（１２）によって生成される矩形信号の振幅面積の第２の調整装置（２０が１次側における磁気損失を回避するために、側縁の勾配が等しくない場合は、１次巻線の１つにおいて生成された矩形信号を捕捉検出するためのセンサ（２２）を用いてＨブリッジ回路（１２）における補正制御データを求めるために設けられ、かつＨブリッジ回路（１２）のトランジスタのドライバに接続されている
   請求項１から４までのいずれか１項記載のコンパス。
6. Ｈブリッジ回路は、ブートストラップ・ローダを有するＭＯＳＦＥＴトランジスタから成っている
   請求項１から５までのいずれか１項記載のコンパス。
7. エンコーダがハーフシェルトランスに角度位置を捕捉検出するために設けられている
   請求項１から６までのいずれか１項記載のコンパス。

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