DE2409043C3

DE2409043C3 - Drehübertrager

Info

Publication number: DE2409043C3
Application number: DE19742409043
Authority: DE
Inventors: Rene Tavannes Dubois; Walter Villars-Sur-Glane Tschur
Original assignee: Vibro Meter SA Fabrique dAppareils de Mesure et dEnregistrement Electroniques
Current assignee: Meggitt SA
Priority date: 1974-02-25
Filing date: 1974-02-25
Publication date: 1979-09-20
Also published as: CH588133A5; DE2409043B2; DE2409043A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehübertrager zur berührungslosen Übertragung elektrischer Signale "'<: zwischen einer rotierenden Welle und stationären Teilen, und zwar unabhängig von der Geschwindigkeit und der gegenseitigen Lage dieser Teile, wobei die Wicklung des einen Drehübertragerteils mittels mindestens eines nichtmagnetischen Trägers mit der Welle >ί verbunden ist und die andere Wicklung koaxial zur Welle still steht.

Einrichtungen dieser Art werden hauptsächlich in Kombination mit mechanoelektrischen Wandlern zur elektrischen Messung mechanischer Drehmomente in wi rotierenden Wellen benutzt. Ferner dienen sie allgemein zur Übertragung elektrischer Signale zwischen stationären und rotierenden Maschinenteilen.

Allgemein besteht ein Drehübertrager aus einer rotierenden Spule mit dem dazugehörenden rotieren- *>'< den Teil des ferromagnetischen Kerns und einer stehenden Spule mit dem stehenden Teil des ferromagnetischen Kerns. Den größten Teil des magnetischen Widerstandes dieser Kerne bildet der nötige Luftspalt zwischen dem drehenden und dem stehenden Teil. Für die Erreichung eines guten Wirkungsgrades der Signal- und Energieübertragung ist es erforderlich, den Luftspalt klein zu halten, wobei dann alle sich durch Temperaturänderungen, Zentrifugaleinwirkungen und Lagerspieleinwirkungen ergebenden Luftspaltänderungen die Übertragungscharakteristik des Drehübertragers beeinflussen und damit die Amplitude der übertragenen analogen Signale mit Fehlern belasten.

Das Ziel mehrerer bereits bekannten Lösungen war, die Luftspaltänderungen mit verschiedenen Mitteln zu eliminieren, zu kompensieren oder, wie bei der nachfolgend näher beschriebenen bekannten Ausführuns (US-Patent 36 11230, in Fig. 7 dargestellt) den rotierenden Teil des Kerns zu eliminieren.

Bei dieser Ausführung (Fig. 7) ist die rotierende Spule 15 durch eine nichtmagnetische Trägerscheibe !6 auf der Welle 1 getragen. Der in diesem Falle stationäre, die stehende Spule 17 tragende Kern 18, 19 umschließt diese Spule größtenteils und besitzt einen geometrisch definierten und nicht veränderlichen Luftspalt (S), durch den die nichtmagnetische, die rotierende Spule tragende Trägerscheibe dringt. Da diese Scheibe nichimagnetischer Natur ist, haben die radialen und axialen Bewegungen der Scheibe keinen Einfluß auf die magnetischen Eigenstfiaften des sonst geometrisch unveränderlichen Luftspaltes. Der Hauptnachteil dieser Anordnung besteht aber darin, daß ein Kern komplizierter Form erforderlich ist, der praktisch aus zwei Ferritringschalen mit Aussparung für die rotierende Wicklung besteht. Die Dimensionen solcher Kerne können bestimmte Grenzen nicht übersteigen. Eine ähnliche Lösung mit entsprechenden Nachteilen ist auch aus der DE-OS 19 55 697 bekannt.

Es sind auch Drehübertrager bekannt, bei weichen die Koppelung zwischen der Primär- und Sekundärwicklung bewußt lageabhängig gemacht ist (DE-AS 1104 601), um die gegenseitige Stel'-rng der beiden Übertragerteile aus elektrischen Ausgangssignalen ermitteln zu können. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Spulen des Drehübertragers so anzuordnen und zu gestalten, daß eine lageunabhängige Koppelung und trotzdem ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst.

Es ist zwar aus der US-PS 35 19 969 auch bekannt, Drehübertrager mit in radialer Richtung etwas größere Abmessung als in Axialrichtung aufweisenden Spulen eisenfrei auszuführen, aber da nur je eine Primär- und Sekundärspule vorgesehen ist, läßt sich weder eine lageunabhängige, noch eine besonders enge, hohen Wirkungsgrad sicherstellende Koppelung erreichen.

Entweder wird die mittlere Spule oder werden die Außenspulen durch nichtmagnetische Trägerscheiben mit der Welle verbunden. Weiter können die zwei miteinander arbeitenden Außenspulen in Serie oder parallel zusammengeschaltet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, den Übertrager durch Bleche gegen fremde Felder zu schützen.

Die durch das Lagerspiel und thermische Ausdehnungen hervorgerufenen axialen Verschiebungen der mittleren Spule gegenüber den zwei Außenspulen haben in der ersten Annäherung keinen Einfluß auf die Übertragungscharakteristik des Übertragers. Die Verkleinerung des Abstandes der Mittelspule von einer Außenspule wird durch Vergrößerung des Abstandes von der anderen Außenspule kompensiert. Ein weiterer

Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist die geringe Baulänge des Drehübertragers.

Es werden nun einige in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt im Schnitt eine Ausführung mit rotierender mittlerer Spule;

F i g. 2 zeigt eine Ansicht der rotierenden Spule;

F i g. 3 zeigt im Schnitt eine Ausführung mit r.wei rotierenden Außenspulen und stationärer mittlerer Spule;

Fig.4 stellt ein Schaltungsschema der Ausführung nach F i g. 1 oder 3 mit den in Serie geschalteten Außenspuien dar;

Fig.5 zeigt ein Schaltungsschema der Ausführung nach F i g. 1 oder 3 mit den parallel geschalteten Außenspulen;

F i g. 6 zeigt die Ausführung nach F i g. 1 mit einer Abschirmung gegen fremde magnetische Felder, und

F i g. 7 zeigt einen bekannten Drehübertrager.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, ist eine Trägerscheibe 3 aus nichtmagnetischem Material auf der Welle 1 angeordnet, wobei diese Welle Teil irgendeiner Maschine sein kann. Auf dieser Trägerscheibe ist eine Spule 2 befestigt, deren Durchmesser größer ist al:; die axiale Dicke. Auf beiden Seiten der Spule 2 stehen koaxial zwei weitere Spulen 4 und 5, deren Dimensionen denjenigen der Spule 2 annähernd entsprechen, d. h., daß die Spulen 2, 4 und 5 in bezug auf axiale Dicke, inneren und äußeren Durchmesser annähernd gleich gestaltet sind.

Die F i g. 2 zeigt, wie die Anschlüsse 7 und 8 der Spule 2 auf der Trägerscheibe angeordnet werden können, wobei die Pfeile auf die Richtung der Wicklungen hinweisen.

Die Ausführung nach Fig.3 zeigt eine zweite Möglichkeit, den Übertrager aufzubauen. Bei dieser Ausführung sind zwei Trägerscheiben 10 und 12; aus nichtmagnetischem Material auf der Welle 1 angeordnet, worauf zwei Außenspulen 9 und 11 befestigt sind. Zwischen dies η Außenspulen steht eine dritte Spule 13, die in nicht dargestellter Weise an einem unbewegten Teil befestigt ist.

In der Ausführung nach F i g. 1 dreht sich die mittlere Spule 2 mit der Welle, während die zwei Außenspulen durch einen nicht gezeigten Halter koaxial zur Welle unbeweglich gehalten sind. In der Ausführung nach F i g. 3 ist es umgekehrt; die Außenspulen 9,11 rotieren mit der Welle, während die mittlere Spule 13 still steht.

Die Fig.4 und 5 zeigen zwei Möglichkeiten, die Außenspulen 4 und 5 (bzw. 9 und 11) zusammenzuschalien. Die Wahl der Schaltung hängt von den Bedingungen ab.

Die Fig.6 zeigt, wie man den Übertrager mittels dünner, ringförmiger Platten 14, beispielsweise aus Transformatorblech, gegen fremde magnetische Felder abschirmen kann.

Nachstehend werden einige Angaben über ein besonderes Ausfühningsbeispiel des Drehübertragers gemacht.

Spulen:	59 mm
Innendurchmesser:	89 mm
Außendurchmesser:	1 mm
Dicke (axiale Länge der Spulen):	480
Windungszahl:	0,17 mm
Durchmesser des Drahtes:

Die Außerispulen sind parallel geschaltet und bilden die Primärseite des Transformators. Die mittlere Spule bildet die Sekundärseite.

Die Experimente wurden mit einer Speisespannung von 10 V und einer Frequenz von 8 kHz durchgeführt.

. ■ Lastwider:, land	Wirkungsgrad	ohne	mung	Eingangsimpedanz	ohne
	(%)	Abschir- Abschir	98	(ti)	■ Abschir
	mit	mung	86	mit	mung
		97	73	Abschir	Γ 200
^!" (U)	85	-	mung	790
— OO	72		2 500	480
1000	-		890	150
r, 400		540
0		150
(kurz
geschlossen)

Versuche haben gezeigt, daß fur die Erzielung eines vernunftigen Wirkungsgrades das Verhältnis radiale Abmessung/Dicke des Spulenquerschnittes mindestens 10 betragen sollte. Es ist auch zu bemerken, daß die Anzahl der Spulen größer als drei sein kann, daß sie aber immer ungerade sein soll, denn die Spulen der einen Seite des Übertragers sollen immer zwischen den Spulen der anderen Sieite liegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehübertrager zur berührungslosen Übertragung elektrischer Signale zwischen einer rotierenden Welle und stationären Teilen, und zwar unabhängig von der Geschwindigkeit und der gegenseitigen Lage dieser Teile, wobei die Wicklung des einen Drehübertragerteils mittels mindestens eines nichtmagnetischen Trägers mit der Welle verbunden ist und die andere Wicklung koaxial zur Welle still steht, dadurch gekennzeichnet, daß er kernfrei ist und mindestens drei annähernd gleichgestaltete Spulen (2,4,5; 9,11,13) aufweist, die koaxial zur Welle (1) axial nebeneinander angeordnet sind, daß der Querschnitt der Spulen radiale Abmessungen aufweist, die ein Mehrfaches der Abmessungen in axialer Richtung sind, und daß je eine Primärspule (2,13) zwischen zwei Sekundärspulen (4, 5; 9, U/ bzw. je eine Sekundärspule (2, 13) zwischen zwei Primärspulcn (4,5; 9,1!) angeordnet ist.

2. Drehübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der radialen zu der axialen Abmessung des Spulenquerschnitts mindestens zehn beträgt.

3. Drehübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Spule (2) mit der Welle (1) verbunden ist, während die Außenspulen (4,5) fest angeordnet sind.

4. Drehüber "ager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Spule (13) fest angeordnet ist, während die Außenspulen (9,11) mit der Welle (1) verbunden sind.

5. Drehübertrager nach Anspiuch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Außenspulen (4,5; 9, U) in Serie geschaltet sind.

6. Drehübertrager nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Außenspulen (4, S; 9,11) parallel geschaltet sind.

7. Drehübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei ringförmige, koaxial zur Welle (1) angeordnete Platten (14) als Abschirmung gegen fremde Felder vorgesehen sind.

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