CH322793A - Drehkondensator - Google Patents

Description

  Drehkondensator    Die vorliegende Erfindung bezieht sich  auf einen Drehkondensator mit mindestens  einer isoliert auf einer Drehwelle festsitzen  den, quer zu derselben orientierten, metalli  schen     Rotorscheibe,    . welcher auf mindestens  einer Seite wenigstens ein durch einen Luft  spalt als     Dielektrikum    von ihr getrennter,  parallel zu ihr orientierter, metallischer     Sta-          torteil    gegenübersteht.

   Um einen derartigen  Drehkondensator zur Verwendung als Rechen  gerät, welches die Aufgabe hat, eine Eingangs  weehselspannung in vorbestimmter funktionel  ler Abhängigkeit von der     Rotordrehstellung    zu  beeinflussen, geeignet zu machen, ist gemäss  vorliegender Erfindung vorgesehen, dass als       Statorteile    vier gleiche,     viertelskreisringsektor-          förmige    Platten vorhanden sind, die mecha  nisch starr auf einem Träger befestigt sind,  aber gegeneinander und gegenüber dem Trä  ger elektrisch isoliert sind.

   Zweckmässiger  weise ist zusätzlich vorgesehen, dass auch auf  der andern Seite der     Rotorscheibe    vier von ihr  durch einen Luftspalt getrennte metallische       Statorteile    gegenüberstehen, die gleich aus  gebildet sind wie die erstgenannten     Stator-          teile,    und dass die vier Sektoren der zweiten  Serie     Stat.orteile    je mit einem gegenüberlie  genden Sektor der erstgenannten     Statorteile     elektrisch und mechanisch verbunden sind.  



  Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs  gegenstandes ist in der beiliegenden Zeichnung  dargestellt. Es zeigen:         Fig.l    ein Schaubild eines     Rechenkonden-          sators    mit abgehobener vorderer     Statorplatte,          Fig.    1A die vordere     Statorplatte,          Fig.    2 einen Schnitt nach der in     Fig.    3 ein  gezeichneten Schnittlinie durch den Gegen  stand von     Fig.    1 und<B>_</B>     1A,    in grösserem Mass  stab,       Fig.    3 eine Draufsicht auf den Gegenstand  von     Fig.    1,

         Fig.    4 die Ansicht einer     Rotorscheibe,          Fig.    5 den Luftspalt zwischen einer Rotor  fläche und einer gegenüberliegenden     Stator-          fläche    in grösserem Massstab,       Fig.    6     einen    Schnitt nach der Linie     VI-VI     von     Fig.    4, in grösserem Massstab,       Fig.7    ein Schaltbild eines Anwendungs  beispiels,       Fig.    8 ein Schaltbild eines andern Anwen  dungsbeispiels.  



  Eine Mittelscheibe 4, welche die Trag  scheibe für alle Teile des Kondensators dar  stellt, bildet in ihrem Zentralteil eine Lager  büchse 11, in welcher zwei     Kugellager    12  und 12' eingesetzt sind. Auf ein Wellenstück  10, dessen in bezug auf     Fig.    2 links gelegenes  Ende eine Tragscheibe 13 für die     Rotorplatte     2 bildet, ist von rechts eine Hülse 14 aufge  schoben, deren rechtes Ende die Tragscheibe  für die     Rotorplatte    2' bildet.  



  Die beiden Teile 10 und 14 werden durch  eine auf die rechte Stirnseite der Hülse 14           aufgedrückte    Sicherungsscheibe 15, deren  vierkantiges Zentrumsloch auf einem Vier  kantteil des Wellenstückes 10 sitzt, drehfest  miteinander verbunden und mit Hilfe einer  auf ein Gewindeende des Wellenstückes 10  aufgeschraubten Spannmutter 16 zu einem  einzigen, durch die Kugellager 12 und 12'  drehbar in der Lagerhülse 11 gelagerten Teil  verspannt, dessen Achse mit 1-1 bezeich  net ist. Eine mit Hilfe von Schrauben 17  auf die     linke    Stirnseite der Tragscheibe 13  aufgeschraubte Kupplungsscheibe 18 ermög  licht die mechanische Kupplung dieser zu  sammengesetzten     Rotorwelle    mit einer An  triebswelle.  



  Auf den zylindrischen Umfangsflächen  der beiden     Rotortragscheiben    13 bzw. 14 sind  Metallringe 20 bzw. 20'     aufgepresst,        aaf    wel  chen beispielsweise aus Giessharz bestehende  Isolierringe 21 bzw. 21' sitzen. Durch diese  Isolierringe sind die     Nabenteile        22-bzw.    22' der  Rotoren 2     bzw.    2' elektrisch von den innern  Teilen isoliert, während die beiden Rotoren  mechanisch zu einer Einheit verbunden sind.

    Auf den der Tragscheibe 4 zugekehrten Innen  seiten der     Rotornaben    22 bzw. 22' sind Kon  taktringe 23 bzw. 23' aus elektrisch besonders  gut leitfähigem Material, beispielsweise ver  silbertem Messing     aufgepresst,    denen mit  Schleifkontakten     besetzte    Ringe 24 bzw. 24'  gegenüberstehen, die mit Hilfe von je     zwei     Isolierstützen 25 an der Tragscheibe 4 be  festigt sind, derart, dass ihre Schleifkontakte  federnd an den Kontaktringen 23 bzw. 23'  anliegen. In zwei von der Aussenfläche der  Tragscheibe 4 nach     innen    verlaufenden Boh  rungen befinden sich Isolierrohre 27, durch  welche je ein elektrischer Verbindungsdraht  26 zu den     Sehleifkontaktringen    24 geführt  sind.

   Diese Verbindungsdrähte sind an     Klem-          menstifte    28 bzw. 28' angeschlossen, welche  auf einem Isoliersteg 29 sitzen. Auf den bei  den Stirnflächen der Tragscheibe 4 befinden  sich Isolierringe 40 bzw. 40', vorzugsweise aus  Giessharz, durch welche je vier     viertelskreis-          sektorförmige        Statdrplatten    41, 42, 43, 44 bzw.  41', 42', 43', 44' mechanisch starr mit der  Tragscheibe 4     verbinden    werden, aber unter    sich und gegenüber der Tragscheibe 4 elek  trisch isoliert sind.  



  Zwei     Statortragringe    3 bzw. 3', auf wel  chen in gleicher Weise durch Isolierringe 30  bzw. 30' v     iertelskreissektorförmige        Statorteile     31, 32, 33, 34 bzw. 31', 32', 33', 34' isoliert  aufgeheftet sind, stehen den     vorhergenannten          Statorplatten    gegenüber, indem je zwei     Sta-          torplatten        31-41,        32-42,        33-43,    34-44  bzw.

       31'-41',        32'-42',        33'-43',        34'-44'     durch Schrauben 35 zu elektrischen und me  chanischen Einheiten verbunden werden. Die  so gebildeten     viertelskreissektorförmigen        Sta-          torteile    sind voneinander elektrisch isoliert  und können durch unter die Köpfe der Schrau  ben 35 bzw. 35' eingelegte     Anschlussösen    36  an je eine Leitung angeschlossen werden. Im  Innern dieser     Statoren    befindet sich je einer  der beiden Rotoren 2 bzw. 2'.

   Es steht also  jeder     Rotorscheibe    auf beiden Seiten je eine       Statorfläche    gegenüber und die beiden einem  Rotor gegenüberliegenden     Statorflächen    bil  den eine elektrische und mechanische Einheit.  Zur Vergrösserung der Kapazität und     zur    Ver  steifung der     Rotorseheibe    gegenüber thermisch  oder mechanisch bedingten     Verziehungserschei-          nungen    sind beide     Rotorseiten    mit Scharen  von koaxialen, in radialer Richtung abstehen  den Bogenlamellen 5, 6 bzw. 5', 6' besetzt.

   Wie  aus den     Fig.1    bis 6 leicht ersichtlich ist,  haben all diese Lamellen dieselbe rechteckige  Profilform, wobei deren axiale Höhe grösser  ist als deren radiale Dicke. Die Versteifungs  wirkung dieser Lamellen wird dadurch noch  gesteigert, dass die     Lamellenscharen    5 bzw. 5'  auf der einen Seite jedes Rotors gegenüber  den     Lamellenscharen    6 bzw. 6' auf der andern  Seite in radialer Richtung versetzt sind.  



  Die Lamellen 5 und 6 bzw. 5' und 6' der       Rotorplatten    2 bzw. 2' -greifen je zwischen  gleichgeformte Lamellen 50 und 60 bzw. 50'  und 60' der     gegenüberliegenden        Statorplatten     ein, wobei die axialen Luftspalte a grösser sind  als die radialen Luftspalte b zwischen sich  gegenüberliegenden zylindrischen Lamellen  flanken. Dies aus dem Grunde, weil die radial  gerichteten Konstruktionsmasse genauer ein  haltbar sind als die     axialgerichteten        Kon.              struktionsmasse,    so dass es vorteilhafter ist, den  grössten Teil der Kapazität in diese zylin  drischen Luftspalte b zwischen sich gegen  überliegenden     Lamellenflanken    zu verlegen.  



  Die dargestellte     und    beschriebene Anord  nung hat gegenüber bekannten Anordnungen  die äusserst vorteilhafte Wirkung, dass kleine,  radiale und axiale Spielbewegungen des Ro  tors, die insbesondere bei rascher Drehung der       Rotorwelle    praktisch unvermeidbar sind, keine  Störungen der Kapazitätswerte ergeben, weil  jede Kapazitätsvergrösserung auf der einen  Seite durch eine annähernd gleiche Kapazi  tätsverminderung auf der andern Seite kom  pensiert wird.  



  Die     Form    und die Anordnung der Lamellen 5  und 6 auf der     Rotorplatte    2 geht aus den     Fig.    3  bis 6 hervor. Die     Begrenzungskurve    der nieren  förmigen und zu einer Mittellinie symmetri  schen     Rotorplatte    endigt ungefähr auf der  Geraden     A-A,    welche durch die     Rotorachse     1 gelegt werden kann; die ganze     _        Rotorfläche     liegt somit auf der einen Seite dieser Geraden.

    Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Nutz  kapazität grösser wird, wenn die     Rotorachse     nicht innerhalb, sondern auf oder ausserhalb       cler    geschlossenen Begrenzungskurve der     Ro-          torplatte    liegt.  



  Ein besonderes Problem bildet die Ausfüh  rung der Randzonen der     Rotorlamellen    5, 6,  da die Kapazitätskurve stetig verlaufen soll.  Die Versetzung der Lamellen auf beiden Sei  ten der     Rotorplatte    2 schafft teilweise einen  Ausgleich, der jedoch nicht in allen Fällen  genügt. Gemäss der     Fig.6    sind die Rotor  lamellen 5, 6 des Rotors 2 an den Schnittstellen  mit den     Rotorumrisslinien    durch Flächen 51  bzw. 52     angeschrägt,    wodurch sprunghafte  Kapazitätsänderungen beim Drehen des Ro  tors vermieden werden.  



  Der dargestellte Drehkondensator kann  z. B. zur Darstellung der beiden Funktionen       sin    und     cos    verwendet werden, oder er kann  zur Darstellung von Summen und Differen  zen dieser Funktionen dienen.  



  In     Fig.1    sind die vier elektrisch vonein  ander getrennten     Viertelskreissektoren    41, 42,  43 und 44 sichtbar, die isoliert auf der Trag-    Scheibe 4 montiert sind. Ausserdem     ist-    die       Rotorwelle    1     und    die darauf montierte Rotor  platte 2 sichtbar.

   Die     abgehobene    Tragplatte  3 trägt die     Statorsektoren    31, 32, 33 und 34,  wobei die     Statorpaare        32-42,        33-43    und       43-44    je zusammen einen     viertelskreissektor-          förmigen        Stator    bilden und diese Sektoren  voneinander elektrisch getrennt     sind.     



  <B>E</B>in Anwendungsbeispiel eines in den     Fig.1     bis 6 dargestellten Drehkondensators als       Transformationsachtpol    ist in     Fig.7    der  Zeichnung dargestellt.  



  Es sind von den beiden     Statoren    je nur  die     Viertelskreissektoren    31, 32, 33, 34 bzw.  31', 32', 33', 34' dargestellt, denen in Wirk  lichkeit die auf je gleichem Potentialliegenden       Gegensektoren    41, 42, 43, 44 bzw. 41', 42', 43',  44' gegenüberstehen. Ebenfalls sind die Ro  toren 2 bzw. 2' auf der gemeinsamen, strich  punktiert angedeuteten Welle 1     und    deren       Anschlussleitungen    26 bzw. 26' eingezeichnet.  Dabei ist zu beachten, dass der Rotor 2'     ge-          geniiber    dem Rotor 2 um 90  verdreht ist.  



  Die     Eingangswechselspannung    El wird der       Primärwicklung    U11 des Transformators U1  zugeführt. An den Enden der in der Mitte       geerdeten        Seluindärwicklung    U12 dieses  Transformators entstehen die um 180  gegen  einander phasenverschobenen Spannungen       +        El    und -E1, die an die     Statoren    31 und  31' bzw.     33--Lind    33'     geführt    werden.  



  In gleicher Weise liegt die Eingangswech  selspannung E2 an der     Primärwicklung    U21  des     Transfoimators    U2, so dass an den Enden  von dessen in der Mitte geerdeten Sekundär  wicklung U22 die     Spannungen        +E2    und  -E2 entstehen, welche an die     Statoren    34  und 34' bzw. 32 und 32'     geführt    werden.

   An  den     Rotorleitungen    26 bzw. 26' entstehen  dann gegenüber Erde die Ausgangsspannun  gen    Al = E1     cos    a - E2     sin    a     und     A2 = E1     sin   <I>a</I>     -I-    E2     cos   <I>a</I>    Ein zweites     Anwendungsbeispiel    eines Re  chenkondensators als Phasenschieber ist in       Fig.    8 der Zeichnung dargestellt.      Von einem     Wechselspannungsgenerator    aus  wird der Primärwicklung U31 eines Übertra  gers die     Wechselspannung    E1 zugeführt.

   Die  beiden Enden der in der Mitte geerdeten Se  kundärwicklung U32 sind an zwei Diagonal  punkte einer aus vier     RC-Gliedern    R1 C1,  <I>R2 C2, R3</I> C3, R4 04 bestehenden Phasen  schieberbrücke angeschlossen, deren andere       Diagonalpimkte    geerdet sind. Von einem       Rechenkondensator,    wie er     in    bezug auf die       Fig.    1 bis 6 beschrieben worden ist; sind nur  die     viertelskreisförmigen        Statorplatten    31, 32,  33, 34 und der Rotor 2 gezeichnet.

   Die vier       Statorsegmente    sind je an die     Verbindungs-          punkte    des Widerstandes R und der Kapazität  C jedes     Brückenzweiges    angeschlossen und er  halten deshalb     Wechselspannungskomponenten     derselben Frequenz, die aber unter sich um  je 90  phasenverschoben sind.  



  Am Rotor 2, der zur     Übertragung    einer       Sinusfunktion        nierenförmig-symmetrisch    ge  schnitten ist, kann gegen Erde eine Spannung       abgenommen    werden, die gegenüber der Fre  quenz gleichen Spannung E1 um einen Winkel       g7        e1    phasenverschoben ist, welcher dem Dreh  winkel     cp        mech    des Rotors 2 gleich ist.

   Diese       Spannung    E2 kann in einem Verstärker V  verstärkt und in einem     Phasenmessgerät    P mit  der     Bezugsspannung    El verglichen werden,  um am Ausgang dieses     Phasenmessgerätes    P  eine elektrische Spannung E3 zu erhalten,  welche die Grösse     cp        e1    =     gg        mech    darstellt..  Die in     Fig.8    dargestellte Einrichtung dient  also der Umwandlung eines mechanischen  Drehwinkels     cp        mech    in eine elektrische Pha  sendifferenz     9p        e1.  

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Drehkondensator mit mindestens einer iso liert auf einer Drehwelle (1) festsitzenden, quer zu derselben orientierten, metallischen Rotorscheibe (2), welcher auf mindestens einer Seite wenigstens ein durch einen Luftspalt als Dielektrikum von ihr getrennter, parallel zu ihr orientierter, metallischer Statorteil (41) gegenübersteht, dadurch gekennzeichnet, dass als Statorteile vier gleiche, viertelskreisring- sektorförmige Platten vorhanden sind, die me- chanisch starr auf einem Träger (4) befestigt sind,

   aber gegeneinander und gegenüber dem Träger elektrisch isoliert sind. LIN TERANSPRÜCHE 1. Drehkondensator nach Patentanspruch, bei welchem auch auf der andern Seite der Ro- torscheibe (2) wenigstens ein von ihr durch einen Luftspalt getrennter, metallischer Sta- torteil (31) gegenübersteht, dadurch gekenn zeichnet, dass auch auf der andern Seite vier gleiche, viertelskreisringsektorförmige Platten vorhanden sind,

   die mit je einem ihnen gegen überliegenden Sektor der erstgenannten Sta- torteile elektrisch und mechanisch verbunden sind. 2. Drehkondensator nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kapa7i- tätsvergrösserung und zur mechanischen Ver steifung die Rotorplatte auf beiden Seiten mit je einer Schar von je Schar nach einer an dern der beiden Axialrichtungen abstehenden Bogenlamellen besetzt sind, die zwischen gleichartige Bogenlamellen der ihnen gegen überliegenden Statorteile hineinragen,

   wobei alle Lamellen die gleiche rechteckige Profil form aufweisen, deren in Axialriehtung des Kondensators gemessene Ausdehnung grösser ist als deren radial am Kondensator gemessene Ausdehnung und wobei die radiale Dicke (b) der zwischen sich gegenüberliegenden Stator- iind Rotorlamellenflanken ergebenden Zylin- derluftspalte geringer ist als die axiale Luft spaltdistanz (a) zwischen der Krone jeder Lamelle und dem Grund der Nut, in welche sie hineinragt. 3.

   Drehkondensator nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die ganze Rotor scheibenfläche auf einer Seite eines durch die Drehachse des Kondensators gelegten Durch messers liegt und eine zu einer Mittellinie sym metrische Nieren-Umrissform aufweist, die beim Drehen des Rotors gegenüber zwei sich diametral gegenüberliegenden Statorsektoren einen sinusförmigen Kapazitätsverlauf und gegenüber. den beiden andern Statorsektoren einen kosinusförmigen Kapazitätsverlauf er gibt. 4.

   Drehkondensator nach den Unteran sprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten einer Tragplatte (4), in welcher die Rotorwelle (1) drehbar gelagert ist, Anordnungen von je vier innern Stator- sektorplatten. (41-44, 41'-44') isoliert auf geheftet sind, mit denen je vier voneinander isolierte äussere Statorsektorplatten (31-34, 31'-34') elektrisch und mechanisch verbun den sind, und dass auf beiden Seiten der Trag platte (4) je eine Rotorscheibe (2, 2') isoliert montiert ist, so dass zwei Drehkondensator teile zu einer baulichen Einheit vereinigt sind. 5.

   Drehkondensator nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Ver wendung als Transformationsachtpol so ausge bildet ist, dass bei Speisung durch zwei Weehselspannungen E1 und E2 gemäss dem Schaltbild Fig. 7 am einen Rotor eine Span nung A1 =- E1 # cos <I>a</I> - E2 sin <I>a</I> und am andern Rotor eine Spannung A2 = E1 # sin a + E2 cos a auftritt,

   wobei @a der Drehwinkel der beiden miteinander verbundenen Rotoren gegenüber einer festen Bezugslage ist. 6. Drehkondensator nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Verwen dung als Phasenschieberorgan so ausgebildet ist, dass bei Speisung der vier Statorsektoren durch voneinander um je 90 phasenverscho bene Wechselspannungen gleicher Amplitude und Frequenz am Rotor eine Spannung auf tritt, deren Phasenwinkel dem Drehwinkel des Rotors gleich ist (Fig. 8).