Elektrizitätszähler
Die Erfindung betrifft einen Elektrizitäts- zähler mit einem nach dem Ferrarisprinzip angetriebenen, eine vertikale Achse besitzen den Läufer, dessen Gewicht durch ein magnetisehes Schwebelager aufgenommen ist, während das obere Ende der Achse den rotierenden Teil eines aus Spitze und Pfanne bestehenden Spitzenlagers trägt.
Das Schwebelager dient hierbei dazu, der Länferac.hse eine radiale Führung zu geben.
Das obere Spitzenlager hat die Aufgabe, die restlichen axialen magnetischen Kräfte abzufangen.
Die magnetischen Schwebelager lassen aber immer noch eine gewisse radiale Bewegung der Welle im Lager zu, wodurch sich der Abstand zwischen dem Läufer und den Polschu Jien der Antriebs- und Bremssysteme ver ändert und dann der Läufer um die obere Lagerspitze als Fusspunkt Taumelbewegungen ausführt. Zur Beseitigung der hierdurch be dingen Streifgefahr ist es bekannt, Anschläge vorzusehen oder statt dessen Entlastungsmagnete mit entsprechenden Bewegungsbegrenzungsflächen vorzusehen.
Alle diese Massnahmen stellen einen zusätzliehen Aufwand dar und vergrössern den Raumbedarf des Zählers.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch behoben, dass das Sehwebelager durch magnetische Abstossung selbstzentrierend ist mld dass der Läufer die Form einer Hohlkugelkalotte besitzt, deren Kugelmittelpunkt mit dem Stützpunkt des Spitzenlagers zusammenfällt.
Zur Verminderung der Luftreibung empfiehlt es sich, denläufer in einem mindestens teilweise evakuierten Gefäss unterzubringen.
Obwohl es prinzipiell nicht ausgeschlossen ist, das Zählwerk des Zählers von der Läuferachse aus anzutreiben, wie dies bei den heute üblichen Zählern der Fall ist, wird man vorzugsweise den Läufer lediglich dazu benützen, um die Erzeugung elektrischer Impulse zu steuern, die einem Impulsählwerk zugeführt werden. Hierdureb sowie durch die Anwen- dung des magnetischen Schwebelagers und eines Vakuumgefässes wird die Reibung im Vergleich zu den üblichen Zählern derart stark reduziert, dass einerseits die Genauigkeit des Zählers erheblich gesteigert und anderseits dessen Antriebs- und Bremsmagnetsysteme viel kleiner ausgeführt werden können.
In der beiliegenden Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Zählers dargestellt, wobei die Fig. 1 bis 3 je einen Längsschnitt durch die im vorliegenden Zusammenhange interessierenden Teile des Zählers zeigen.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 trägt eine vertikale Achse 1 den nach dem Ferrarisprinzip wirkenden Läuferteil 2. Ein magnetisches Schwebelager, bestehend aus Rotor 3 und Stator 4 ist am untern Ende der Anordnung angebracht. Der Rotor und der Stator sind beide ringförmig, wobei der Rotor 3 im Innern des Stators 4 und konzentrisch zu diesem liegt. Sie sind in radialer Richtung permanent magnetisiert, und zwar derartig, dass gleichnamige Pole einander zugekehrt sind.
Die äussere Mantelfläche des Rotors 3 und die innere Mantelfläche des Stators 4 sind konisch gestaltet. Es wird damit bezweckt, die axiale, nach oben gerichtete magnetische Kraftkomponente zu verstärken, die so eingestellt wird, dass sie um einen geringen Betrag grösser ist als das Gewicht des gesamten Läufers. Solche Schwebelager, die selbstzentrierend sind, sind an sich schon bekannt, bisher aber bei Elektrizitätszählern nicht verwendet worden. Die Achse 1 ist oben gestützt und geführt durch das Spitzenlager 5 in der Steinpfanne 6, so dass verhindert wird, dass das obere Ende der Achse sich in radialer und axialer Richtung verlagern kann.
Die beiden permanenten Magnete bestehen vorzugsweise aus einem an sich bekannten Oxydgemisch mit ferromagnetischen Eigenschaften. Dieses Material hat ein geringes spezifisches Gewicht und eine geringe elektrische Leitfähigkeit.
Ein Anschlag 7, der vom untern Achsenende axial einen kleinen Abstand aufweist, hat dafür zu sorgen, dass die Achse 1 durch Stösse oder dergleichen nicht zu weit nach unten verschoben werden kann.
Der Läufer 1, 2, 3, 19 ist mit einer Isolierschicht 19 bedeckt, die an einer Stelle eine Aussparung 8 aufweist, die bei jeder Läuferumdrehung einmal einer unter Spannung stehenden Elektrode 9 gegenüberliegt. In diesem Moment erfolgt zwischen der Elektrode 9 und dem Läuferteil 2 sowie zwischen der mit dem Läuferteil 2 leitend verbundenen Achse 1 und dem Anschlag 7, der das freie Ende einer weiteren Elektrode 10 bildet, eine Entladung.
Der durch diese Entladung erzeugte Impuls wird einem im Stromkreis der Elektroden 9, 10 befindlichen Impulszählwerk bekannter Art zugeführt, das in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Der Läufer ist nicht, wie bisher üblich, flach, sondern in Form einer Hohlkugeikalotte ausgebildet, wobei der Kugelmittelpunkt mit dem Stützpunkt des Spitzenlagers 5 zusam menfällt. Es wird dadurch erreicht, dass sich bei einer Abweichung der Achse von der Mit telstellung die Abstände zwischen dem Läufer einerseits und den entsprechend geformten
Polschuhen der Antriebs-und Bremssysteme anderseits nicht verändern. Deutlichkeits- halber ist die Dicke der Halbkugelkalotte etwas übertrieben dargestellt. Der Antriebsmagnet
17 mit den Strom- und Spannungsspulen 18 umfasst in üblicher Weise den aktiven Teil des
Läufers.
Der nicht angegebene Bremsmagnet ist in ähnlicher Weise angeordnet.
Der so ausgebildete Läufer 2 ist zwecks weiterer Herabsetzung der Reibung in ein wenigstens teilweise evakuiertes, vorzugsweise aus Glas bestehendes Gefäss eingeschlossen.
Dieses Gefäss beteht aus zwei am Rande 13 mit einander verschmolzenen Teilen 11 und 12.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 trägt die Achse 1 des Läufers die Steinpfanne
6, während die Stahlspitze 5 stillsteht. Ferner ist der Rotor 3 des magnetischen Schwebelagers als in Achsenrichtung permanent magnetisier ter Stabmagnet ausgestaltet. Auch der Stator
4 des Lagers ist in axialer Richtung permanent magnetisiert, und zwar, wie durch Pfeile an gegeben ist, in gleichem Sinne wie der Rotor.
Um eine nach oben gerichtete abstossende Kraft zwischen den beiden Teilen des litern
Lagers zu erhalten, liegt der Schwerpunkt des
Stabmagneten oberhalb des Schwerpunktes des
Ringmagneten. Dieses Schwebelager ist eben falls selbstzentrierend und an sich bekannt.
Der äussere Ringmagnet 4 ist ausserhalb des Gefässes 11, 12 auf einem zylinderförmi gen Teil desselben angeordnet worden, wobei dieser Magnet in Achsenrichtung auf nicht näher dargestellte Weise verstellbar ist, zwecks Einstellung des Lagerdruckes im Spit zenlager. Die Impulserzeugung mittels des
Läufers ist in Fig. 2 nicht gezeigt. Sie kann z. B. so erfolgen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der als Hohlkugelkalotte ausgebildete Läuferteil 2 ist im vorliegenden Palle unmit- te'lbar auf dem Stabmagnet 3 befestigt. Der
Stator 4 besteht, zwecks Einstellung der magnetischen - Radialsymmetrie, zweckmässig aus zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen (nicht dargestellt). Die Steinpfanne 6 des Stützlagers ist am obern Ende der Achse aufgesetzt.
Die Spitze 5 ist mit einer Büchse 15 zusammengebaut.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sitzt die Spitze 5 unmittelbar auf dem obern Ende des Stabmagneten 3. Die Lagerpfanne 6 ist in der Büchse 15 befestigt, welche überdies noch einen ferromagnetischen Schlussring 16 für die magnetischen Kraftflüsse der in Fig. 3 nicht mitdargestelltcn Antriebs- und Bremssysteme trägt. Auf dessen unterem zylindri schem Teil ist der Stator 4 des magnetischen Schwebelagers verschiebbar. Das Ganze wird wieder durch einen hohlzylinderförmigen Ansatz der obern, flachen Gefässwand getragen.
Bei den bekannten Lageranordnungen für Läufer mit vertikaler Achse befindet sich der Läufer zwischen den Lagerstellen. Charakteristisch für die Anordnung nach Fig. 3 ist, dass beide Lagerstellen 3, 4 und 5, 6 nur auf der einen, und zwar auf der konkaven Seite des Läufers angeordnet sind.
Die Elektrode 9 ist mit einer Elektrode 9' leitend verbunden, welcher die Elektrode 10 gegenüberliegt. Der Läuferteil 2 weist eine Öffnung 8 auf, die bei jeder Umdrehung einmal zwischen die Elektroden 9' und 10 zu liegen kommt, wobei eine Entladung stattfindet. Statt durch eine Entladung könnte ein Impuls auch auf elektrostatischem Wege erzeugt werden, durch Anbringen von festen Kondensatorbelegen in der Nähe des an einer Stelle in dielektrischer Hinsicht nicht kontinuierlich ausgebildeten Läufers.
Das Läufer-Antriebssystem kann selbstverständlich für Ein- oder Mchrphasenstrom in bekannter Weise ausgelegt werden.
Electricity meter
The invention relates to an electricity meter with a Ferrari driven, a vertical axis have the rotor, the weight of which is taken up by a magnetic floating bearing, while the upper end of the axis carries the rotating part of a tip bearing consisting of a tip and pan.
The floating bearing serves to give the Länferac.hse a radial guide.
The top point bearing has the task of absorbing the remaining axial magnetic forces.
The magnetic levitation bearings still allow a certain radial movement of the shaft in the bearing, which changes the distance between the rotor and the pole pieces of the drive and brake systems and the rotor then wobbles around the upper bearing tip as the base point. To eliminate the risk of grazing this be things, it is known to provide stops or instead to provide relief magnets with corresponding movement limiting surfaces.
All these measures represent an additional effort and increase the space requirement of the meter.
According to the invention, these disadvantages are eliminated in that the visual trajectory bearing is self-centering due to magnetic repulsion and that the rotor has the shape of a hollow spherical cap, the center of which coincides with the support point of the point bearing.
To reduce air friction, it is advisable to place the rotor in an at least partially evacuated container.
Although it is in principle not ruled out to drive the counter of the counter from the rotor axis, as is the case with today's counters, the rotor is preferably only used to control the generation of electrical pulses that are fed to a pulse counter . In this way, as well as through the use of the magnetic levitation bearing and a vacuum vessel, the friction is so greatly reduced compared to conventional counters that on the one hand the accuracy of the counter is increased considerably and on the other hand its drive and braking magnet systems can be made much smaller.
In the accompanying drawing, three exemplary embodiments of the meter are shown, with FIGS. 1 to 3 each showing a longitudinal section through the parts of the meter which are of interest in the present context.
In the arrangement according to FIG. 1, a vertical axis 1 carries the rotor part 2, which operates according to the Ferraris principle. A magnetic floating bearing, consisting of rotor 3 and stator 4, is attached to the lower end of the arrangement. The rotor and the stator are both ring-shaped, the rotor 3 lying in the interior of the stator 4 and concentric therewith. They are permanently magnetized in the radial direction in such a way that poles of the same name face each other.
The outer surface of the rotor 3 and the inner surface of the stator 4 are conical. The purpose of this is to increase the axial, upwardly directed magnetic force component, which is set so that it is a small amount greater than the weight of the entire rotor. Such floating bearings, which are self-centering, are already known per se, but have so far not been used in electricity meters. The axle 1 is supported at the top and guided by the point bearing 5 in the stone socket 6, so that it is prevented that the upper end of the axle can shift in the radial and axial directions.
The two permanent magnets preferably consist of a known oxide mixture with ferromagnetic properties. This material has a low specific weight and low electrical conductivity.
A stop 7, which is axially at a small distance from the lower end of the axis, has to ensure that the axis 1 cannot be pushed too far downwards by impacts or the like.
The rotor 1, 2, 3, 19 is covered with an insulating layer 19, which has a recess 8 at one point, which is opposite a live electrode 9 once for each rotor revolution. At this moment, a discharge takes place between the electrode 9 and the rotor part 2 and between the axis 1 which is conductively connected to the rotor part 2 and the stop 7, which forms the free end of a further electrode 10.
The pulse generated by this discharge is fed to a pulse counter of a known type located in the circuit of the electrodes 9, 10, which is not shown in the drawing.
The runner is not flat, as has been the case up to now, but in the form of a hollow spherical cap, the center of the sphere coinciding with the support point of the point bearing 5. It is achieved that if the axis deviates from the central position, the distances between the runner on the one hand and the correspondingly shaped
On the other hand, do not change the pole pieces of the drive and brake systems. For the sake of clarity, the thickness of the hemispherical cap is shown somewhat exaggerated. The drive magnet
17 with the current and voltage coils 18 includes the active part of the in the usual way
Runner.
The brake magnet, not specified, is arranged in a similar manner.
The rotor 2 designed in this way is enclosed in an at least partially evacuated vessel, preferably made of glass, for the purpose of further reducing the friction.
This vessel consists of two parts 11 and 12 fused to one another at the edge 13.
In the embodiment according to FIG. 2, the axis 1 of the rotor carries the stone pan
6 while the steel tip 5 is resting. Furthermore, the rotor 3 of the magnetic levitation bearing is designed as a permanently magnetized bar magnet in the axial direction. Also the stator
4 of the bearing is permanently magnetized in the axial direction, as indicated by arrows, in the same sense as the rotor.
To create an upward repulsive force between the two parts of the liter
Maintaining stock is the focus of the
Bar magnets above the center of gravity of the
Ring magnets. This floating bearing is also self-centering and known per se.
The outer ring magnet 4 has been arranged outside of the vessel 11, 12 on a zylinderförmi gene part thereof, this magnet being adjustable in the axial direction in a manner not shown, for the purpose of setting the bearing pressure in the Spit zenlager. The pulse generation by means of the
Runner is not shown in FIG. You can z. B. take place as shown in FIG. The rotor part 2, designed as a hollow spherical cap, is attached directly to the bar magnet 3 in the present case. Of the
For the purpose of setting the magnetic radial symmetry, stator 4 expediently consists of two mutually displaceable parts (not shown). The stone pan 6 of the support bearing is placed on the upper end of the axis.
The tip 5 is assembled with a sleeve 15.
In the embodiment according to FIG. 3, the tip 5 sits directly on the upper end of the bar magnet 3. The bearing socket 6 is fastened in the bush 15, which also has a ferromagnetic locking ring 16 for the magnetic fluxes of the drive and drive units not shown in FIG Braking systems. On the lower cylindri cal part of the stator 4 of the magnetic levitation bearing is displaceable. The whole thing is again supported by a hollow cylindrical extension of the upper, flat vessel wall.
In the known bearing arrangements for rotors with a vertical axis, the rotor is located between the bearing points. It is characteristic of the arrangement according to FIG. 3 that both bearing points 3, 4 and 5, 6 are arranged only on one, namely on the concave side of the rotor.
The electrode 9 is conductively connected to an electrode 9 ', which the electrode 10 is opposite. The rotor part 2 has an opening 8 which comes to lie between the electrodes 9 'and 10 once for each revolution, a discharge taking place. Instead of a discharge, a pulse could also be generated electrostatically, by attaching solid capacitor coatings in the vicinity of the rotor, which is not continuously formed at one point from a dielectric point of view.
The rotor drive system can of course be designed for single or multi-phase current in a known manner.