DE1147875B - Device for the transmission of values represented as electrical alternating voltages or currents between two bodies rotating relative to one another - Google Patents

Description

Einrichtung zur Übermittlung von als elektrische Wechselspannungen oder -ströme dargestellten Werten zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Körpern Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe geht davon aus, eine Messung und betriebsmäßige überwachung von Zuständen, insbesondere von Temperaturen, am rotierenden Läufer von elektrischen Maschinen oder anderen umlaufenden Körpern zu bewerkstelligen. Dabei kommt es darauf an, die gemessenen Werte nach außen hin auf ein feststehendes Anzeigegerät zu übermitteln.Device for the transmission of as electrical alternating voltages or currents between two bodies rotating relative to one another The object on which the invention is based is based on a measurement and operational Monitoring of conditions, in particular temperatures, on the rotating rotor to be accomplished by electrical machines or other rotating bodies. It is important that the measured values are externally fixed To transmit display device.

Ähnliche Aufgaben liegen auch dort vor, wo es sich darum handelt, Steuerbefehle od. dgl. von einem feststehenden zu einem bewegten Maschinenteil und umgekehrt zu übermitteln. Die Übertragung der jeweiligen Größe muß dabei unabhängig von der relativen Geschwindigkeit der beiden Körper zueinander sein.Similar tasks also exist where it is a question of Control commands or the like from a stationary to a moving machine part and to transmit in reverse. The transfer of the respective size must be independent be on the relative speed of the two bodies to each other.

Allgemein bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Übermittlung von als elektrische Größen dargestellten Werten zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Körpern mit gemeinsamer Rotationsachse, wobei noch die Forderung erfüllt werden muß, daß die übertragung der Werte drehzahlunabhängig erfolgt und gegebenenfalls vorhandenes axiales oder radiales Spiel die Übermittlung nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt.In general, the invention relates to a device for transmission of values represented as electrical quantities between two relative to each other rotating bodies with a common axis of rotation, which still fulfills the requirement it must be ensured that the values are transmitted independently of the speed and, if necessary Existing axial or radial play does not affect the transmission, or only insignificantly impaired.

Wenn es bisher darauf ankam, Spannungen und Ströme zwischen feststehenden und rotierenden Körpern drehzahlunabhängig zu übertragen, so hat man sich im allgemeinen schleifender Kontakte bedient. Eine auf einem Schleifring laufende Kontaktbürste bedeutet aber eine unsichere Stromübergangsstelle, die für viele Anwendungsfälle, insbesondere in der Meßtechnik eine Verfälschung bzw. Störung des zu übertragenden Wertes herbeiführen kann. Die Kontaktstelle unterliegt im Betrieb einer ständigen Abnutzung, wobei derübergangswiderstand durchfremde; ungewollte Einflüsse, z. B. durch Staub, öl oder Fremdkörper, verändert werden kann. Die Unsicherheit der schleifenden Kontaktgabe kann in den Fällen, bei denen es auf eine hohe Genauigkeit oder Sicherheit der zu übermittelnden Werte ankommt, die einwandfreie Übertragung in Frage stellen und beim Messen die Gefahr einer derartigen Verfälschung des Meßergebnisses bedeuten, daß eine Meßwertübertragung auf diese Weise mit außerordentlichen Schwierigkeiten verbunden ist.When it came down to it, voltages and currents between fixed and to transmit rotating bodies independently of the speed, so one has in general sliding contacts served. A contact brush running on a slip ring but means an insecure power transfer point, which for many applications, in particular in measurement technology a falsification or disturbance of the transmitted data Can bring about value. The contact point is subject to a permanent Wear, with the transition resistance being foreign; unwanted influences, e.g. B. can be changed by dust, oil or foreign bodies. The uncertainty of the dragging Contact can be made in cases where there is a need for a high level of accuracy or security of the values to be transmitted arrives, question the correct transmission and when measuring mean the risk of such a falsification of the measurement result, that a measured value transmission in this way with extraordinary difficulties connected is.

Um diese Nnachteile zu vermeiden, macht die Erfindung von der Maßnahme Gebrauch, die zu übermittelnden Werte als Wechselstromgrößen auf induktivem Wege zu übertragen. So ist es an sich bereits bekannt, an den relativ zueinander beweglichen Körpern Wicklungen anzuordnen, die bei geeigneter Lage zueinander das Induzieren von Spannungen in der einen Wicklung bei in der anderen Wicklung fließenden Wechselströmen gestatten. Bei einer bekannten Einrichtung mit beweglicher und feststehender Spule geht es darum, kleine Lageänderungen zu erfassen und fernsichtbar zu machen. Dabei ist aber gerade die Übermittlung lageabhängig, so daß sich eine derartige Einrichtung nicht dazu eignen kann, drehzahlunabhängig Meßwerte von einem bewegten Körper aus auf einen feststehenden zu übertragen. Auch mit einer bekannten Anordnung zur Signalabgabe von einem Förderkorb oder einem anderen bewegten Körper aus wäre es nicht möglich, auf diese Weise exakte Meßwerte zu übertragen, da das übermittelte Signal von der Bewegungsgeschwindigkeit abhängt und die induzierte Spannung um so geringer wird, je mehr sich der bewegte Körper verlangsamt, so daß im Stillstand kein Signal- mehr gegeben werden kann. Auch bei einer Weiterbildung einer derartigen Einrichtung, bei der zwei geschlossene Leiterschleifen am Förderkorb vorgesehen sind, sind die induzierten Spannungen bei Bewegung des Förderkorbes infolge des sich dabei ändernden Kopplungsgrades nicht mehr proportional dem Eingangssignal.In order to avoid these disadvantages, the invention makes use of the measure Use the values to be transmitted as inductive alternating current values transferred to. So it is already known per se, on the relatively movable Bodies to arrange windings, which induce the induction with a suitable position to each other of voltages in one winding with alternating currents flowing in the other winding allow. In a known device with a movable and a fixed coil it is about capturing small changes in position and making them visible from a distance. Included but it is precisely the transmission that is position-dependent, so that such a device cannot be used to take measurements from a moving body regardless of the speed to transfer to a fixed one. Also with a known arrangement for signal output from a conveyor cage or any other moving body, it would not be possible in this way to transmit exact measured values, since the transmitted signal is from the The speed of movement and the lower the induced voltage, the more the moving body slows down, so that there is no more signal at a standstill can be given. Even with a further development of such a facility, in which two closed conductor loops are provided on the conveyor cage, the induced stresses during movement of the conveyor cage as a result of the changing The degree of coupling is no longer proportional to the input signal.

Die Einrichtung nach der Erfindung zur übermittlung von als elektrische Wechselspannungen oder Wechselströme dargestellten Werten verwendet eine am ersten Körper angeordnete Wicklung, die mit mindestens einer zugeordneten, auf dem zweiten Körper befindlichen Wicklung durch gemeinsame magnetische Feldlinien gekoppelt ist. Die Erfindung besteht in der Anwendung besonderer Maßnahmen, um nicht nur eine drehzahlunabhängige Übertragung der Meßwerte vom rotierenden zum feststehenden Teil zu gewährleisten, sondern darüber hinaus auch etwaige Meßungenauigkeiten, die durch fehlerhafte Zentrierung, durch axiales und radiales Spiel des rotierenden Körpers hervorgerufen werden, weitgehend zu vermeiden. Wenn nämlich eine vom Meßwert beaufschlagte, ringförmig ausgebildete, konzentrisch zur Rotationsachse umlaufende Spule in dem feststehenden Teil Spannungen induziert, so sind diese induzierten Spannungen den Meßwerten exakt nur dann verhältnisgleich, wenn weder radiales nach axiales Spiel des rotierenden Körpers auftritt.The device according to the invention for transmitting as electrical Alternating voltages or alternating currents shown values used one on the first Body arranged winding, which is associated with at least one, on the second Body located winding by common magnetic Field lines is coupled. The invention consists in the application of special measures in order not to only a speed-independent transmission of the measured values from the rotating to the stationary Part to ensure, but also any measurement inaccuracies that due to incorrect centering, due to axial and radial play of the rotating Caused by the body should be avoided to a large extent. If namely one of the measured value applied, ring-shaped, revolving concentrically to the axis of rotation Coil induces voltages in the fixed part, these are induced Tensions are only exactly in proportion to the measured values if neither radial axial play of the rotating body occurs.

Es ist an sich bekannt, daß mit Hilfe feststehender und umlaufender Spulen bei elektrischen Maschinen die Übermittlung elektrischer Größen vorgenommen wird. So ist z. B. eine Einrichtung zur Anzeige von Drehbewegungen bekanntgeworden, bei der aber eine von der Drehbewegung abhängige und ihr proportionale Spannung erzeugt werden soll: Weiterhin ist eine Gebervorrichtung zur Anzeige von Drehbewegungen bekanntgeworden, bei der eine gezahnte Scheibe aus elektrisch leitendem Material mit ihrer Zahnung den Luftspalt eines Magneten durchläuft. Bei einer derartigen Anordnung kann eine drehzahlunabhängige Übermittlung elektrischer Größen nicht oder nicht ohne weiteres stattfinden, da es dort gerade darum geht, die Drehgeschwindigkeit zu erfassen. Andererseits könnte man aber bei einer solchen Einrichtung Einflüsse auf die Signalübermittlung, die von radialen und axialen Verschiebungen des rotierenden Körpers herrühren, ausschließen. Bei ausreichender Höhenbemessung der gezahnten Scheibe und bei genügend weiträumiger Gestaltung der Magnetsysteme mit ihren Luftspalten könnten derartige Einflüsse vermieden werden, wenn auch eine drehzahlunabhängige Übermittlung an sich nicht stattfinden kann. Bei einer anderen bekannten Gebermaschine, die der Anzeige von Drehbewegungen oder anderer drehzahlabhängiger Größen dient, sind Mittel angewendet, um den magnetischen Widerstand des Erregerkreises während der anzuzeigenden Drehbewegung konstant zu halten. Die Erregung erfolgt dabei durch eine mit Gleich- oder Wechselstrom gespeiste feststehende Spule, wobei im Stator abwechselnd bewickelte und unbewickelte magnetische Rückschlüsse derart angeordnet sind, daß der magnetische Widerstand im wesentlichen unabhängig von der Drehbewegung ist.It is known that with the help of fixed and rotating Coils in electrical machines are used to transmit electrical quantities will. So is z. B. has become known a device for displaying rotary movements, but with a voltage that is dependent on the rotational movement and proportional to it is to be generated: There is also an encoder device for displaying rotary movements became known in which a toothed disc made of electrically conductive material passes through the air gap of a magnet with its teeth. With such a Arrangement can not or a speed-independent transmission of electrical quantities does not take place without further ado, since it is all about the speed of rotation capture. On the other hand, one could influence such a facility on the signal transmission, that of radial and axial displacements of the rotating Body originate, exclude. If the height of the toothed Disc and with a sufficiently spacious design of the magnet systems with their air gaps such influences could be avoided, albeit a speed-independent one Transmission itself cannot take place. In another known encoder machine, which is used to display rotary movements or other speed-dependent variables, are means applied to the magnetic resistance of the excitation circuit during to keep constant the rotational movement to be displayed. The excitation takes place through a fixed coil fed with direct or alternating current, with in the stator alternately wound and unwound magnetic conclusions arranged in this way are that the magnetic resistance is essentially independent of the rotational movement is.

Im Gegensatz zu den bekannten Kompensationsmaßnahmen besteht die Erfindung darin, durch Anbringen besonderer Führungen, durch welche das feststehende (nicht umlaufende) System in einem definierten Abstand vom umlaufenden System gehalten ist, Einflüsse von etwaigen radialen oder axialen Verschiebungen überhaupt nicht aufkommen zu lassen.In contrast to the known compensation measures, the invention exists in it, by attaching special guides through which the fixed (not circulating) system is kept at a defined distance from the circulating system is not influenced by any radial or axial displacements at all to come up.

Mit besonderem Vorteil kann dabei von einem Rollenlager Gebrauch gemacht werden. Damit gelingt es, zumindest in einer Ebene Meßverfälschungen von vornherein auszuschalten, die durch ein etwaiges Lagerspiel auftreten könnten. Wenn man auf diese Weise z. B. Einflüsse eines radialen Spieles ausschaltet, könnte man darüber hinaus noch Maßnahmen anwenden, um Auswirkungen von Axialverschiebungen unwirksam zu machen. Man könnte z. B. daran denken, in an sich bekannter Weise durch Verbreiterang der Polschuhe dafür zu sorgen, daß auch bei den größten zu erwartenden Auslenkungen immer noch die gleiche Anzahl von Kraftlinien geschnitten wird.Use can be made of a roller bearing with particular advantage will. It is thus possible from the outset to falsify measurements at least in one plane that could occur due to bearing play. When you on this way z. B. Eliminates the influences of radial play, you could use it In addition, still apply measures to ineffective effects of axial displacements close. One could e.g. B. think of it in a known manner through dissemination rank of the pole shoes to ensure that even with the greatest deflections to be expected still the same number of lines of force is cut.

Soweit der übertragswert nicht bereits von sich aus als Wechselstromgröße vorhanden ist, kann man in einfacher Weise vor dem Übertragungsweg eine Umformung, insbesondere Meßwertumformung, in eine Wechselstromgröße vornehmen und dahinter wiederum im Bedarfsfalle eine Gleichrichtung erfolgen lassen. In ähnlicher Weise wie eine solche Meßwertübertragung kann auch die Übertragung von Hilfsspannungen zum Betrieb der Meßeinrichtungen oder eines Teiles derselben herangezogen werden. So kann man den Übertragungsweg oder einen zusätzlichen gleichartigen Weg zur Übermittlung von Hilfsspannungen heranziehen.Insofar as the transfer value is not inherently an alternating current value is available, a transformation can be carried out in a simple manner before the transmission path, in particular conversion of measured values into an alternating current quantity and behind it again, if necessary, allow a rectification to take place. In a similar way the transmission of auxiliary voltages can also be used as such a transmission of measured values can be used to operate the measuring equipment or a part thereof. So you can choose the transmission route or an additional similar route for transmission of auxiliary voltages.

Am umlaufenden Körper kann eine koaxiale ringförmige Wicklung vorgesehen sein. Diese ist zweckmäßig mit enem ringförmigen Eisenkern, beispielsweise in Form eines Blechpaketes, versehen. Die mit dieser Wicklung korrespondierenden Wicklungen am feststehenden Teil können im einfachen Fall als in einer parallelen Achsrichtung angeordnete Spulen mit geeigneten Eisenkernen ausgebildet sein, es ist aber auch möglich, eine ringförmige Anordnung in koaxialer Lage zur rotierenden Wicklung vorzusehen.A coaxial annular winding can be provided on the rotating body be. This is useful with a ring-shaped iron core, for example in the form of a laminated core. The windings corresponding to this winding on the fixed part can in the simple case as in a parallel axial direction arranged coils with suitable iron cores, but it is also possible to provide an annular arrangement in a coaxial position to the rotating winding.

Zur Vermeidung eines ungünstigen Einflusses von axialen bzw. radialen Bewegungen der Welle kann man dafür Sorge tragen, daß die Magnetsysteme so ausgebildet sind, daß auch bei den größten zu erwartenden Auslenkungen in radialer oder axialer Richtung immer noch die gleiche Anzahl von Kraftlinien geschnitten wird. So kann man zur Ausschaltung von Einflüssen des Axialspieles die Breite des Magnetsystems entweder am feststehenden oder am umlaufenden Teil um so viel größer gestalten, als die zu erwartende Auslenkung beträgt.To avoid an unfavorable influence of axial or radial Movements of the shaft can be ensured that the magnet systems are designed in this way are that even with the greatest anticipated deflections in radial or axial Direction still cuts the same number of lines of force. So can the width of the magnet system is used to eliminate the effects of axial play make either the fixed or the rotating part so much larger, than the expected deflection.

In ähnlicher Weise .können auch Maßnahmen getroffen werden, um das Radialspiel in seinem Einfluß auf die zu übertragenden Werte unwirksam zu machen. Man kann weiterhin auch Kompensationsmaßnahmen treffen, indem beispielsweise in bekannter Weise an zwei gegenüberliegenden Stellen im feststehenden Teil Magnetsysteme mit Wicklungen vorgesehen sind, welche hintereinander oder parallel geschaltet sind, so daß eine Vergrößerung der Kopplung an einem dieser Systeme eine gleichzeitige Verringerung am gegenüberliegenden System hervorruft und durch Reihen- oder Parallelschaltung stets ein gleichbleibender Mittelwert vorhanden ist, somit also der Übertragungswert, insbesondere das Meßergebnis nicht verfälscht wird.In a similar way, measures can also be taken to prevent the To make radial play ineffective in its influence on the values to be transferred. You can also take compensatory measures, for example by adding in known way at two opposite points in the fixed part magnet systems are provided with windings which are connected in series or in parallel, so that an increase in the coupling to one of these systems is a simultaneous one Reduction in the opposite system and through series or parallel connection there is always a constant mean value, i.e. the transfer value, in particular the measurement result is not falsified.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele in ihren für die Erfindung wesentlichen Teilen in vereinfachter, zum Teil stark schematisierter Darstellung.Further details of the invention are to be found in more detail with reference to the drawing explained. The figures show exemplary embodiments in their for the invention essential parts in a simplified, partly highly schematic representation.

In Fig. 1 ist das Prinzip der induktiven Übertragung veranschaulicht, bei der ein in Pfeilrichtung 1 um die Achse 3 umlaufender Körper 2 mit einer ringförmigen Wicklung 4 versehen ist, welche in der Darstellung nur als offene Schleife gezeichnet ist. Die Wicklung 4 bildet mit der feststehenden Wicklung 5 die Primär-bzw. Sekundärseite eines Transformators, wobei der magnetische Fluß durch die Linie 6 versinnbildlicht ist. Eine solche Übertragung von Wechselströmen ist in beiden Richtungen möglich. So kann auch die Wicklung 5 die Primärwicklung sein, wobei der diese Wicklung 5 durchfließende Strom den Fluß 6 erzeugt, welcher den rotierenden Stromkreis durchsetzt und in der umlaufenden Wicklung 4 die Sekundärwicklung induziert.In Fig. 1 the principle of inductive transmission is illustrated, in which a body 2 rotating around the axis 3 in the direction of arrow 1 with an annular Winding 4 is provided, which is shown in the illustration only as an open loop is. The winding 4 forms the primary or the stationary winding 5. Secondary side of a transformer, the magnetic flux symbolized by the line 6 is. Such a transmission of alternating currents is possible in both directions. The winding 5 can also be the primary winding, this being the case Winding 5 flowing through current generates the flow 6, which penetrates the rotating circuit and the secondary winding is induced in the revolving winding 4.

Um den störenden Einfluß radialer Bewegungen der Welle zum feststehenden Teil zu kompensieren, kann in bekannter Weise eine Anordnung gewählt werden, wie sie in Fig. 2 veranschaulicht ist. Hier handelt es sich um eine ähnliche Darstellungsweise, wie in Fig. 1, be der für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Darüber hinaus ist aber eine zweite feststehende Wicklung 7 vorgesehen, deren magnetischer Fluß 8 ebenfalls den umlaufenden Stromkreis durchsetzt. Die beiden Wicklungen 5 und 7 sind hintereinandergeschaltet, wobei die Summe der induzierten Spannungen oder induzierenden Spannungen unabhängig von axialen Bewegungen gleichbleibt.To avoid the disturbing influence of radial movements of the shaft to the stationary To compensate part, an arrangement can be selected in a known manner, such as it is illustrated in FIG. This is a similar representation, as in Fig. 1, the same reference numerals are used for the same parts. In addition, a second fixed winding 7 is provided, the more magnetic River 8 also runs through the circulating circuit. The two windings 5 and 7 are connected in series, with the sum of the induced voltages or inducing voltages remains the same regardless of axial movements.

Eine weitere, ebenfalls den störenden Einfluß radialer Wellenbewegungen vermeidende Bauart ist in Fig. 3 dargestellt. Hier umgibt die feststehende Wicklung 9 ringförmig die umlaufende Wicklung 4. Die Richtung der magnetischen Flüsse ist durch die Linien 10 versinnbildlicht.Another, also the disturbing influence of radial wave movements Avoidant design is shown in FIG. The fixed winding surrounds here 9 ring-shaped the circumferential winding 4. The direction of the magnetic fluxes is symbolized by the lines 10.

In den Fig. 4 und 5 sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht, bei denen Fig. 4 nach dem Prinzip der Fig. 1 und 2 aufgebaut ist, während Fig. 5 eine Bauweise gemäß der Fig. 3 verkörpert. Der feststehende Eisenkörper 11 bzw. 12, vorzugsweise aus Dynamoblech, weist die Wicklungen 5 bzw. 7 und 9 auf. Das rotierende Glied besteht aus dem Eisenkörper 13, der ein- oder mehrteilig ausgeführt werden kann und die Wicklung 4 trägt.In FIGS. 4 and 5, exemplary embodiments of the invention are illustrated, in which FIG. 4 is constructed according to the principle of FIGS. 1 and 2, while FIG embodies a construction according to FIG. 3. The fixed iron body 11 or 12, preferably made of dynamo sheet, has the windings 5 or 7 and 9. The rotating Link consists of the iron body 13, which are made in one or more parts can and the winding 4 carries.

Wie bereits oben erwähnt, kann entweder der feststehende oder der rotierende Teil des Magnetsystems in bekannter Weise breiter als das Gegenstück gestaltet werden, wobei der Breitenunterschied von der zu erwartenden Auslenkung abhängt. Der Einfluß von Luftspaltschwankungen kann dadurch vermieden werden, daß der Eisenkörper 11 oder 12 durch geeignete Mittel, z. B. Rollenlager, in einem festen Abstand vom rotierenden Körper gehalten wird.As mentioned above, either the fixed or the The rotating part of the magnet system is wider than its counterpart in a known manner The difference in width depends on the expected deflection depends. The influence of air gap fluctuations can be avoided in that the iron body 11 or 12 by suitable means, e.g. B. roller bearings, in a fixed Away from the rotating body.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE 1. Einrichtung zur Übermittlung von als elektrische Wechselspannungen oder -ströme dargestellten Werten zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Körpern mit gemeinsamer Rotationsachse unter Verwendung einer am ersten Körper angeordneten Wicklung, die mit mindestens einer weiteren, auf dem zweiten Körper angeordneten Wicklung gekoppelt ist, wobei zur drehzahlunabhängigen Übertragung der Werte vom rotierenden zum feststehenden Teil eine vom Meßwert beaufschlagte, ringförmig ausgebildete, konzentrisch zur Rotationsachse umlaufende Spule angeordnet ist, die in dem feststehenden Teil den Meßwerten verhältnisgleiche Spannungen induziert, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtumlaufende System durch besondere Führungen in einem definierten Abstand vom umlaufenden System gehalten ist. PATENT CLAIMS 1. Device for transmitting as electrical Alternating voltages or currents represented values between two relative to each other rotating bodies with a common axis of rotation using one on the first Body arranged winding, which with at least one further, on the second Body arranged winding is coupled, wherein for speed-independent transmission of the values from the rotating to the stationary part, one acted upon by the measured value, ring-shaped, concentric to the axis of rotation revolving coil arranged which induces voltages that are proportional to the measured values in the stationary part, characterized in that the non-rotating system by special guides is kept at a defined distance from the circulating system. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Rollenlagers. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 426 618, 427 704, 568 619, 951620, 926 447, 905 235, 914 945, 719 954; »Umschau«, 1954, Heft 3, S. 68.2. Establishment according to claim 1, characterized by the use of a roller bearing. Into consideration Drawn pamphlets: German Patent Nos. 426 618, 427 704, 568 619, 951620, 926 447, 905 235, 914 945, 719 954; "Umschau", 1954, No. 3, p. 68.