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.
Rotary capacitor The present invention relates to a rotary capacitor with at least one isolated on a rotating shaft, the fixed, transverse to the same oriented, metallic rotor disc,. which faces on at least one side at least one metallic stator part which is separated from it by an air gap as a dielectric and is oriented parallel to it.
In order to make such a variable capacitor suitable for use as a computing device, which has the task of influencing an input alternating voltage in a predetermined functional dependence on the rotor rotation position, the present invention provides that four identical, quarter-ring sector-shaped plates are present as stator parts are that are mechanically rigidly attached to a carrier, but are electrically isolated from each other and from the Trä ger.
It is also expediently provided that on the other side of the rotor disk there are also four metal stator parts separated from it by an air gap, which are formed in the same way as the first-mentioned stator parts, and that the four sectors of the second series of stator parts each have an opposite sector of the first-mentioned stator parts are electrically and mechanically connected.
An embodiment of the subject invention is shown in the accompanying drawing. They show: FIG. 1 a diagram of a computing capacitor with the front stator plate lifted, FIG. 1A the front stator plate, FIG. 2 a section according to the section line drawn in FIG. 3 through the object of FIG. 1 and <B> 1A, on a larger scale, Fig. 3 is a plan view of the object of Fig. 1,
4 shows the view of a rotor disk, FIG. 5 shows the air gap between a rotor surface and an opposite stator surface on a larger scale, FIG. 6 shows a section along the line VI-VI of FIG. 4 on a larger scale, FIG a circuit diagram of an application example, Fig. 8 is a circuit diagram of another application example.
A center disk 4, which represents the support disk for all parts of the capacitor, forms in its central part a bearing sleeve 11 in which two ball bearings 12 and 12 'are used. A sleeve 14 is pushed up from the right, the right end of which forms the support disk for the rotor plate 2 'on a shaft piece 10, the end of which is located on the left with respect to FIG. 2 and forms a support disk 13 for the rotor plate 2.
The two parts 10 and 14 are non-rotatably connected to each other by a locking washer 15 pressed onto the right end of the sleeve 14, the square center hole of which sits on a square part of the shaft piece 10, and become one with the help of a clamping nut 16 screwed onto a threaded end of the shaft piece 10 single clamped by the ball bearings 12 and 12 'rotatably mounted in the bearing sleeve 11, the axis of which is denoted by 1-1 net. A screwed with the help of screws 17 on the left end face of the support plate 13 clutch disc 18 made light the mechanical coupling of this composite rotor shaft with a drive shaft.
Metal rings 20 and 20 'are pressed onto the cylindrical circumferential surfaces of the two rotor support disks 13 and 14, respectively, and insulating rings 21 and 21', for example made of cast resin, are seated. With these insulating rings, the hub parts 22 or. 22 'of the rotors 2 or 2' electrically isolated from the inner parts, while the two rotors are mechanically connected to form a unit.
On the inner sides of the rotor hubs 22 and 22 'facing the support disk 4 are con tact rings 23 and 23' made of a particularly good electrical conductive material, for example ver silver-plated brass, which are opposed to rings 24 and 24 'with sliding contacts With the help of two insulating supports 25 on the support plate 4 be fastened, such that their sliding contacts rest resiliently on the contact rings 23 and 23 '. In two from the outer surface of the support disk 4 inwardly extending bores are insulating tubes 27, through which an electrical connecting wire 26 to the sliding contact rings 24 are guided.
These connecting wires are connected to terminal pins 28 and 28 ′, which are seated on an insulating web 29. On the end faces of the support disk 4 there are insulating rings 40 or 40 ', preferably made of cast resin, through which four quarter-circle sector-shaped static plates 41, 42, 43, 44 or 41', 42 ', 43', 44 'mechanically be rigidly connected to the support plate 4, but among themselves and with respect to the support plate 4 are elec trically isolated.
Two stator support rings 3 and 3 ', on wel chen in the same way by insulating rings 30 and 30' quarter circle sector-shaped stator parts 31, 32, 33, 34 and 31 ', 32', 33 ', 34' are attached isolated, are the the aforementioned stator plates by placing two stator plates 31-41, 32-42, 33-43, 34-44 or
31'-41 ', 32'-42', 33'-43 ', 34'-44' can be connected by screws 35 to form electrical and mechanical units. The quarter-circle sector-shaped stator parts formed in this way are electrically insulated from one another and can be connected to one line each by means of connection lugs 36 inserted under the heads of the screws 35 and 35 '. One of the two rotors 2 or 2 'is located inside each of these stators.
So there is each rotor disk on both sides opposite a stator surface and the two stator surfaces opposite a rotor bil an electrical and mechanical unit. To increase the capacity and to stiffen the rotor disk against thermally or mechanically caused distortion phenomena, both rotor sides are provided with groups of coaxial arc blades 5, 6 and 5 ', 6' that protrude in the radial direction.
As can easily be seen from FIGS. 1 to 6, all of these lamellae have the same rectangular profile shape, their axial height being greater than their radial thickness. The stiffening effect of these lamellas is further increased by the fact that the lamella shares 5 and 5 'on one side of each rotor are offset in the radial direction with respect to the lamellar shares 6 and 6' on the other side.
The lamellae 5 and 6 or 5 'and 6' of the rotor plates 2 and 2 'each engage between identically shaped lamellae 50 and 60 or 50' and 60 'of the opposite stator plates, the axial air gaps a being larger than the radial ones Flank air gaps b between opposing cylindrical slats. This is for the reason that the radially directed construction dimensions are more accurate than the axially directed con. Structural mass, so that it is more advantageous to lay most of the capacity in these cylindrical air gaps b between opposite lamella flanks.
The arrangement shown and described has the extremely advantageous effect over known arrangements that small, radial and axial backlash movements of the rotor, which are practically unavoidable especially when the rotor shaft rotates rapidly, do not result in any disturbances in the capacitance values because every increase in capacitance on the one hand is compensated by an approximately equal capacity reduction on the other side.
The shape and the arrangement of the lamellae 5 and 6 on the rotor plate 2 can be seen from FIGS. 3 to 6. The limiting curve of the kidney-shaped and symmetrical to a center line's rotor plate ends approximately on the straight line A-A, which can be laid through the rotor axis 1; the entire rotor surface is thus on one side of this straight line.
It has been shown that the useful capacity increases when the rotor axis is not within, but on or outside of the closed limiting curve of the rotor plate.
A particular problem is the execution of the edge zones of the rotor lamellas 5, 6, since the capacity curve should be continuous. The offset of the lamellae on both Be th of the rotor plate 2 creates some compensation, which is not sufficient in all cases. According to FIG. 6, the rotor lamellae 5, 6 of the rotor 2 are beveled at the interfaces with the rotor outlines by surfaces 51 and 52, which avoids sudden changes in capacity when rotating the rotor.
The illustrated rotary capacitor can, for. B. can be used to represent the two functions sin and cos, or it can be used to represent sums and differences of these functions.
In Figure 1, the four electrically vonein other quarter circle sectors 41, 42, 43 and 44 are visible, which are mounted on the support disk 4 in an isolated manner. In addition, the rotor shaft 1 and the rotor plate 2 mounted on it is visible.
The raised support plate 3 carries the stator sectors 31, 32, 33 and 34, the stator pairs 32-42, 33-43 and 43-44 each forming a quarter-circle sector-shaped stator and these sectors are electrically separated from one another.
An application example of a variable capacitor shown in FIGS. 1 to 6 as a transformation eight pole is shown in FIG. 7 of the drawing.
There are of the two stators only the quarter circle sectors 31, 32, 33, 34 and 31 ', 32', 33 ', 34' shown, which in fact the opposite sectors 41, 42, 43, 44 or respectively lying on the same potential 41 ', 42', 43 ', 44' face each other. The rotors 2 and 2 'are also shown on the common shaft 1, indicated by dash-dotted lines, and its connecting lines 26 and 26'. It should be noted here that the rotor 2 'is rotated by 90 relative to the rotor 2.
The AC input voltage El is fed to the primary winding U11 of the transformer U1. At the ends of the self-aligning winding U12 of this transformer, which is earthed in the middle, the voltages + E1 and -E1, which are phase-shifted by 180 relative to one another, arise, which are fed to the stators 31 and 31 'or 33-Lind 33'.
In the same way, the alternating input voltage E2 is applied to the primary winding U21 of the transformer U2, so that the voltages + E2 and -E2 arise at the ends of its secondary winding U22, which is grounded in the middle, which are applied to the stators 34 and 34 'and 32 and 32 '.
The output voltages Al = E1 cos a - E2 sin a and A2 = E1 sin <I> a </I> -I- E2 cos <I> a </I> then arise at the rotor lines 26 and 26 'with respect to earth A second application example of a Re chenkondensators as a phase shifter is shown in Fig. 8 of the drawing. The AC voltage E1 is fed to the primary winding U31 of a transformer from an AC voltage generator.
The two ends of the secondary winding U32 grounded in the middle are connected to two diagonal points of a phase slide bridge consisting of four RC elements R1 C1, R2 C2, R3 C3, R4 04, the other diagonal points of which are grounded . From a computing capacitor as described with reference to FIGS. 1 to 6; only the quarter-circular stator plates 31, 32, 33, 34 and the rotor 2 are drawn.
The four stator segments are each connected to the connection points of the resistor R and the capacitance C of each bridge branch and therefore keep alternating voltage components of the same frequency, which, however, are each 90 out of phase with each other.
At the rotor 2, which is kidney-shaped symmetrically cut to transmit a sine function, a voltage can be taken from earth that is phase shifted by an angle g7 e1 with respect to the same voltage E1, which is equal to the rotation angle cp mech of the rotor 2 is.
This voltage E2 can be amplified in an amplifier V and compared in a phase measuring device P with the reference voltage El in order to obtain an electrical voltage E3 at the output of this phase measuring device P, which represents the quantity cp e1 = gg mech The device shown serves to convert a mechanical angle of rotation cp mech into an electrical phase difference 9p e1.