NL8201178A

NL8201178A - Rudder position detector using pick=up coils - detecting changes in magnetic field due to movement of asymmetrical plate mounted on rotatable shaft

Info

Publication number: NL8201178A
Application number: NL8201178A
Authority: NL
Original assignee: Applied Electronics Bv
Priority date: 1982-03-22
Filing date: 1982-03-22
Publication date: 1983-10-17

Abstract

This contactless transducer is used aboard ship to detect the angular position of a shaft; esp. a shaft that turns in proportion to the rudder angle. Coupled to the tiller control is a shaft (6) that rotates in a bearing in a fixed plate (7) at the base of the transducer housing (4). Surrounding the lower part of the shaft is a wire-wound coil (1) that generates an alternating magnetic field. Mounted on the shaft above the coil is a flat horizontal asymmetrical metal body (8), with a spiral shaped perimeter. The body, which is in the magnetic field of the coil (1), induces a voltage in a pick-up coil (5) mounted horizontally on the inside wall of the housing; the voltage being proportional to the angle of the shaft. Other versions of the transducer can detect non-rotating up-and-down movement or a shaft or spirally rotating up-and-down movement.

Description

*· M' 4 y - -1- D HO/wd/Appl. Electr.* M '4 y - -1- D HO / wd / Appl. Electr.

Kontaktloze, elektrische regelhandelContactless, electrical control

De uitvinding betreft een kontaktloze, elektrische regelhandel, met een spoel voor het opwekken van een electro-magnetisch wisselveld, tenminste êên inductieve opnemer en met een regelorgaan verbonden het veld ongelijkmatig 5 variërende middelen.The invention relates to a contact-free electric control handle, with a coil for generating an electromagnetic alternating field, at least one inductive sensor and connected means to the field with irregularly varying means.

Een dergelijke regelhandel is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 8002727.Such a regulating trade is known from Dutch patent application 8002727.

De bekende regelhandel wordt hoofdzakelijk voorgesteld als besturingshandel, waarbij het bedieningsorgaan 10 rond een punt kan pendelen en op deze wijze het veld asymmetrisch kan beïnvloeden. Het is door de paarsgewijze toepassing van in serie geschakelde opnemers mogelijk de richting en de mate van uitwijking van het bedieningsorgaan vanuit de nulstand om te zetten in een lineaire met de uitwijking 15 verlopend electrisch signaal. Deze bekende regelhandel is niet zonder meer bruikbaar bij het meten van hoekstanden ten gevolge van rotaties van een as. In de scheepvaart bij voorbeeld is het noodzakelijk de hoekstand van verschillende bedieningsorganen, bij voorbeeld het roer, te meten.The known control handle is mainly presented as a control handle, in which the operating element 10 can oscillate around a point and in this way influence the field asymmetrically. It is possible through the pairwise application of series-connected sensors to convert the direction and the degree of deflection of the actuator from the zero position into a linear electrical signal running with the deflection 15. This known control handle is not readily useful in measuring angular positions as a result of rotations of an axis. In shipping, for example, it is necessary to measure the angular position of various controls, such as the rudder.

20 De met de roerstang gekoppelde opnemer is in een schip moeilijk bereikbaar. Eventuele reparaties zijn moeilijk uit te voeren en kostbaar. Er is derhalve een grote behoefte aan regelhandels, welke een met de hoekverdraaiing van het te meten orgaan een lineair uitgangssignaal leveren, hetwelk 25 geen aan slijtage onderhevige delen vertoont en derhalve nagenoeg onderhoudsvrij is.20 The sensor coupled to the stirring rod is difficult to access in a ship. Any repairs are difficult to carry out and expensive. There is therefore a great need for control handles which provide a linear output signal with the angular rotation of the element to be measured, which has no parts subject to wear and is therefore virtually maintenance-free.

Een dergelijke regelhandel wordt verkregen doordat bij de regelhandel van het in de aanvang genoemde type, de middelen voor het ongelijkmati-g variëren van het 30 veld bestaan uit een ten opzichte van de langsas van het regelorgaan asymmetrisch gevormd metalen lichaam. Indien bij voorbeeld het regelorgaan roteert, wordt doordat het metalen lichaam asymmetrisch gevormd is, het veld ongelijkmatig beïnvloed, zodat het uitgangssignaal een maat is voor de 8201178 -2- hoekverdraaiing. Het metalen lichaam kan bij een roteerbaar regelorgaan, over een groot deel van de omtrek de vorm hebben van een spiraal. Indien de straal van de spiraal met de toename van de hoek lineair toeneemt, ontstaat een 5 lineair verband tussen het uitgangssignaal en de mate van hoekverdraaiing.Such a control handle is obtained in that in the control handle of the type mentioned in the beginning, the means for unevenly varying the field consist of a metal body which is asymmetrically formed with respect to the longitudinal axis of the control member. For example, if the controller rotates, because the metal body is asymmetrically shaped, the field is unevenly affected, so that the output signal is a measure of the 8201178 -2 angle rotation. The metal body can have a spiral shape over a large part of the circumference of a rotatable control member. If the radius of the spiral increases linearly with the increase of the angle, a linear relationship arises between the output signal and the degree of angular rotation.

Het is ook mogelijk het regelorgaan in langs-richting verschuifbaar te maken, zodat wanneer het metalen lichaam de vorm heeft van een halve konus, waarvan de as 10 ongeveer parallel aan de as van het bedieningsorgaan verloopt, een lineair verband ontstaat tussen het.uitgangssignaal en de afstand waarover het bedieningsorgaan is verschoven.It is also possible to make the control member slidable in the longitudinal direction, so that when the metal body has the shape of a half cone, the axis of which extends approximately parallel to the axis of the control element, a linear relationship is created between the output signal and the distance the control member has shifted.

De uitvinding wordt aan de hand van een 15 tweetal schematisch aangegeven uitvoeringsvoorbeelden verduidelijkt.The invention will be elucidated on the basis of two schematically illustrated exemplary embodiments.

Figuur 1 toont een oplossing waarbij het bedieningsorgaan roteerbaar is, en figuur 2 toont een uitvoeringsvorm waarin het 20 bedieningsorgaan in langsrichting verschuifbaar is.Figure 1 shows a solution in which the operating member is rotatable, and Figure 2 shows an embodiment in which the operating member is slidable in the longitudinal direction.

De spoel 1 is voorzien van aansluitdraden 2 en 3 voor het verbinden met een wisselspanningsbron.The coil 1 is provided with connecting wires 2 and 3 for connecting to an AC voltage source.

Bij het doorlopen vaneen stroom zal de spoel 1 een elektromagnetisch veld opbouwen. Op een frame 4 is een inductieve 25 opnemer 5 aangebracht. Het regelorgaan 6 is in een bevestigings-plaat 7 roteerbaar aangebracht. Het regelorgaan 6 kan mechanisch worden gekoppeld met een orgaan waarvan de hoek-stand gemeten moet worden.When passing through a current, the coil 1 will build up an electromagnetic field. An inductive sensor 5 is mounted on a frame 4. The control member 6 is rotatably mounted in a mounting plate 7. The control member 6 can be mechanically coupled to a member whose angular position is to be measured.

Volgens de uitvinding is met het regelorgaan 30 het ten opzichte van de langsas daarvan asymmetrisch gevormde metalen lichaam 8 verbonden. Bij rotatie van het regelorgaan 6, zal derhalve de in de opnemer 5 geïnduceerde spanning oplopen, naar mate het lichaam 8 uitgaande van het deel met de kleinste afstand_ tot de as van liet regelorgaan 6 verder 35 wordt gedraaid. Indien de straal van het spiraalvormige lichaam 8 lineair toeneemt met een toename van de hoek, is het uitgangssignaal aan de opnemer 5 lineair met de mate van de hoekverdraaiing van het regelorgaan 6. Volgens de uitvinding wordt derhalve een kontaktloos orgaan voor het 820 1 1 78 * ? » -3- meten van hoekverdraaiingen van assen verkregen, waarbij de lineairiteit over het meetbereik wordt gewaarborgd.According to the invention, the control member 30 is connected to the metal body 8 which is asymmetrically formed with respect to its longitudinal axis. When the control member 6 is rotated, the voltage induced in the sensor 5 will therefore increase as the body 8 is rotated further from the part with the smallest distance to the axis of the control member 6. If the radius of the spiral body 8 increases linearly with an increase in angle, the output signal to the sensor 5 is linear with the degree of angular rotation of the control member 6. According to the invention, therefore, a contactless member for the 820 1 1 78 *? »-3- Measurement of angular rotations of axes obtained, whereby the linearity over the measuring range is guaranteed.

Figuur 2 toont een uitvoeringsvorm waarbij het regelorgaan 9 in langsrichting verschuifbaar gelagerd is 5 in de plaat 10. Het lichaam 11 heeft de vorm van ongeveer een konus waarvan de as parallel loopt aan de as van het regelorgaan. Bij een verschuiving van het regelorgaan in langsrichting wordt de in de opnemer 5 geïnduceerde spanning lineair veranderd met de mate van verplaatsing van het ‘10 regelorgaan.Figure 2 shows an embodiment in which the control member 9 is slidably mounted in the plate 10 in the longitudinal direction. The body 11 has the shape of approximately a cone, the axis of which is parallel to the axis of the control member. When the regulator is shifted in the longitudinal direction, the voltage induced in the sensor 5 is linearly changed with the degree of displacement of the 10 regulator.

Figuur 3 toont een uitvoeringsvorm waarbij paarge-wijs opnemers 12,13 en 14,15 zijn aangebracht. Nabij een van de opnemers 12 is aanvullend een opnemer 16 geplaatst. De paren opnemers 12,13 en 14,15 zijn over 90° ten opzichte van 15 elkaar verschoven. De opnemer 16 ligt op een hoekafstand kleiner dan 90° van opnemer 12. De aanwezigheid van opnemer 16 dient om de richting waarin het metalen lichaam 17 zich beweegt te bepalen. Wanneer het metalen lichaam 17 zich tegenover de opnemer 12 bevindt, staat de as 18 in de nulstand of 20 de 360°-stand. Vanuit de nulstand kan de as naar een stand nabij 360° geroteerd worden, waarbij de in de opnemers opgewekte spanningen door de met de opnemers verbonden electronische schakelingen tot een lineair toenemende signaalspanning wordt gevormd, die nabij 360° terugvalt tot nul.Figure 3 shows an embodiment in which paired sensors 12,13 and 14,15 are arranged. A sensor 16 is additionally placed near one of the sensors 12. The pairs of sensors 12,13 and 14,15 are offset by 90 ° from each other. The sensor 16 is at an angular distance of less than 90 ° from sensor 12. The presence of sensor 16 serves to determine the direction in which the metal body 17 moves. When the metal body 17 is opposite the sensor 12, the shaft 18 is in the zero position or the 360 ° position. From the zero position, the axis can be rotated to a position near 360 °, the voltages generated in the sensors being formed by the electronic circuits connected to the sensors into a linearly increasing signal voltage, which drops to zero near 360 °.

25 De signaalspanning heeft dus de. vorm van een zaagtandspanning. Dankzij de opnemer 16 wordt vastgesteld aan welke zijde van de opnemer 12 het lichaam 17 zich bevindt.The signal voltage therefore has the. sawtooth tension. The sensor 16 determines on which side of the sensor 12 the body 17 is located.

30 82 0 1 1 78. , f30 82 0 1 1 78., f

Claims

1. Contactless electric control handle, with a coil for generating an electromagnetic alternating field, at least one inductive sensor and with a controller connected to the field in unevenly varying means, characterized in that said means consist of a relative to the longitudinal axis of the control member asymmetrically shaped metal body.

Control handle according to claim 1, characterized in that the control member is rotatable and the metal body 10 has a spiral shape over part of the circumference.

Control handle according to claim 2, characterized in that the radius of the spiral increases linearly with the increase of the angle.

Control handle according to claim 1, characterized in that pairs of sensors are arranged, each pair is offset by 90 ° relative to the other and that a sensor is positioned at a zero distance from the control element of a pair, angular distance of less than 90 ° from an additional sensor. 20 8201178