Spulenkopplungsvornclitung für Goniometer.
Im Hauptpatent wird eine Spulenkopp lungsvornchtung für Goniometer mit eisenhaltigen Spulenkernen beschrieben, bei der die Kopplung zwischen den festen Spulen und der beweglichen Spule durch geeignete Bemessung des Luftspaltes oder des Wick lungs querschnittes oder beider einen sinusförmigen Verlauf erhält.
Eine besonders einfache und daher zweckmässige Durchführung dieses Erfindungs - gedankens besteht darin, dass man eine trapezförmige Fel dverteilung anstrebt. Aus der Fourier-Analyse eines Trapezfeldes ist zu ersehen, dass eine beliebige Harmonische durch Wahl einer bestimmten Trapezform beseitigt werden kann.
In Fig. 1 ist ein Goniometer mit nur einer Feldspule a, dem Goniometerkern b und dem Goniometerring c in aufgewickeltem Zustand dargestellt. Die Feldspule a ist derart in zwei Hälften aufgeteilt, dass die Stromrichtung in der einen Hälfte von vorn nach hinten und in der andern Hälfte von hinten nach vorn verläuft. Der Verlauf des Feldes H im Luftspalt x ist in dem unter der Feldspule gezeichneten Diagramm dargestellt. Bei Annahme einer konstanten Wickelhöhe h wird nach der Gleichung dH = = A dx wobei A den Strombelag darstellt, ein Feldverlauf erreicht, wie er durch die Kurve d dargestellt ist.
Solange der Strombelag gleich Null ist, ist die Feldstärke entsprechend der oben genannten Differentialgleichung eine Konstante. Entsprechend der Stromrichtung wird nun in den Teilen des Luftspaltes, die von der Wicklung ausgefüllt sind, ein linear an steigender bezw. abfallender Feldverlauf auftreten. Im ganzen ergibt sich dann die trapezförmige Kurve d. Durch Wahl des Ab- standes a zwischen den beiden Hälften der Trapezkurve d hat man es in der Hand, be stimmte Harmonische im Kopplungsverlauf auszuschalten.
Wie im Hauptpatent angegeben, kann man nun bei nicht rein sinusförmigem Feldverlauf, wie er bei der beschriebenen Ausführung der Feldspulenwickluug mit konstanter Wickelhöhe auftritt, eine Harmonische im Kopplungsverlauf dadurch beseitigen, dass man der Suchspule eine bestimmte Wickelbreite gibt. Hat diese beispielsweise eine Wickelbreite von 120 , dann wird die dritte Harmonische ausgeschaltet, so dass nur noch die fünfte Harmonische und Harmonische höherer Ordnung, letztere nur mit sehr kleiner Amplitude, verbleiben.
Da aber die fünfte Harmonische ausreicht, einen störenden achtelkreisigen Verlauf der Fehlerkurve zu erzeugen, werden gemäss der Erfindung bei konstanter Wickelhöhe aller Spulen die Breiten der Wicklungen so bemessen, dass durch das zumindest annähernd trapezförmige Feld der Feldspulen eine und durch die Suchspule eine andere Harmonische des Kopplungsverlaufes beseitigt wird.
Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird die Suchspule auf den trommelförmigen Rotor f (Fig. 2) aufgebracht. Dabei soll die Breite der Suchspule etwa 120 betragen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Die Feldspulen g und k werden auf den Ring m aus eisenhaltigem Material gewickelt und in zwei Hälften unterteilt. Die beiden Hälften jeder Feldspule liegen diametral gegenüber. Zur Unterdrückung der fünften Harmonischen soll nun jede Feldspulenhälfte für sich aus zwei Teilen bestehen, die symmetrisch bezüglich des in der Mitte jeder Feldspulenhälfte liegenden Wicklungsanschlusses ausgebildet sind. Der Winkel zwischen den Mitten dieser beiden Wicklungsteile soll jeweils etwa 36 Grad betragen.
Durch die symmetrische Unterteilung der Feldspulenhälften wird der Vorteil eines vollkommen symmetrischen Feldverlaufes erzielt.
Innerhalb einer Wicklung bleibt nämlich der Strombelag zufolge der Verschiebungsströme nicht konstant, so dass Unsymmetrien des Feldes, insbesondere eine Drehung des Feldes, und als Folge davon Harmonische im Kopplungsverlauf auftreten. Bei symmetrischer Aufteilung der Wicklungen erhält man für den Strombelag ein dachförmiges, symmetrisches Diagramm, so dass keine Feldverdrehung entsteht. Da die Grösse der Verschiebungsströme von der Frequenz abhängt, ist auch die Verdrehung des Feldes bei nicht symmetrischem Aufbau der Wicklungen frequenzabhängig.
Infolge des unsymmetrischen Strombelages entsteht auch zwischen den einzelnen Feldspulen eine unerwünschte Kopplung, da die Entkopplung zwischen den Feldspulen verschiedener Systeme darauf beruht, dass sich die Kraftlinien der jeweils andern Systeme in ihrer Wirkung im betrachteten Feldspulensystem gerade aufheben. BeiXStö- rungen der Symmetrie ist diese Bedingung nicht mehr erfüllt, und es verbleibt daher eine Rest-Kopplung. Auch dieser Nachteil wird durch die symmetrische Unterteilung der Feldspulenhälften und den symmetrischen Wicklungsanschluss vermieden.
Coil coupling adapter for goniometers.
In the main patent a Spulenkopp treatment device for goniometers with ferrous coil cores is described, in which the coupling between the fixed coils and the movable coil is given a sinusoidal profile by appropriate dimensioning of the air gap or the winding cross-section or both.
A particularly simple and therefore expedient implementation of this inventive concept consists in striving for a trapezoidal field distribution. From the Fourier analysis of a trapezoidal field it can be seen that any harmonic can be eliminated by choosing a certain trapezoidal shape.
In Fig. 1, a goniometer with only one field coil a, the goniometer core b and the goniometer ring c is shown in the wound state. The field coil a is divided into two halves in such a way that the current direction runs from front to back in one half and from back to front in the other half. The course of the field H in the air gap x is shown in the diagram drawn under the field coil. Assuming a constant winding height h, according to the equation dH = = A dx, where A represents the current load, a field profile is achieved as shown by curve d.
As long as the current load is zero, the field strength is a constant according to the differential equation mentioned above. According to the direction of the current, a linearly increasing respectively in the parts of the air gap that are filled by the winding. sloping field course occur. Overall, the trapezoidal curve d then results. By choosing the distance a between the two halves of the trapezoidal curve d, one has the ability to switch off certain harmonics in the coupling process.
As stated in the main patent, when the field profile is not purely sinusoidal, as occurs in the described embodiment of the field coil winding with constant winding height, a harmonic in the coupling profile can be eliminated by giving the search coil a certain winding width. If this has a winding width of 120, for example, then the third harmonic is switched off, so that only the fifth harmonic and higher order harmonics remain, the latter with only a very small amplitude.
However, since the fifth harmonic is sufficient to generate a disruptive eighth-circle shape of the error curve, according to the invention, with a constant winding height of all coils, the widths of the windings are dimensioned in such a way that the at least approximately trapezoidal field of the field coils results in one harmonic and the search coil another harmonic Coupling process is eliminated.
In a practical embodiment of the subject matter of the invention, the search coil is applied to the drum-shaped rotor f (FIG. 2). The width of the search coil should be about 120, as shown in FIG. The field coils g and k are wound on the ring m made of ferrous material and divided into two halves. The two halves of each field coil are diametrically opposite. To suppress the fifth harmonic, each field coil half should now consist of two parts, which are designed symmetrically with respect to the winding connection located in the middle of each field coil half. The angle between the centers of these two winding parts should each be about 36 degrees.
The symmetrical division of the field coil halves gives the advantage of a completely symmetrical field profile.
In fact, within a winding the current load does not remain constant as a result of the displacement currents, so that asymmetries of the field, in particular a rotation of the field, and, as a consequence, harmonics occur in the coupling process. With a symmetrical distribution of the windings, a roof-shaped, symmetrical diagram is obtained for the current coating, so that no field distortion occurs. Since the magnitude of the displacement currents depends on the frequency, the twisting of the field with a non-symmetrical structure of the windings is also frequency-dependent.
As a result of the asymmetrical current level, an undesired coupling also arises between the individual field coils, since the decoupling between the field coils of different systems is based on the fact that the force lines of the other systems cancel each other out in their effect in the field coil system under consideration. If the symmetry is disturbed, this condition is no longer met, and a residual coupling therefore remains. This disadvantage is also avoided by the symmetrical division of the field coil halves and the symmetrical winding connection.