DE1098858B

DE1098858B - Device for converting the angle of rotation of a shaft into an alternating voltage with an electrostatic phase shifter

Info

Publication number: DE1098858B
Application number: DEA31944A
Authority: DE
Inventors: Dr Eberhard Frisch
Original assignee: Continental Elektronidustrie AG
Current assignee: Continental Elektronidustrie AG
Priority date: 1959-04-29
Filing date: 1959-04-29
Publication date: 1961-02-02
Also published as: GB946772A

Description

Einrichtung zur Umwandlung des Drehwinkels einer Welle in eine Wechselspannung mit einem elektrostatischen Phasenschieber Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zur Umwandlung des Drehwinkels einer Welle in eine Wechselspannung mit einem dem Drehwinkel proportionalen elektrischen Phasenwinkel unter Verwendung eines elektrostatischen Phasenschiebers, bestehend aus zwei in geringem Luftabstand voneinander angeordneten, um eine Achse gegeneinander verdrehbar gelagerten, aus nichtleitendem Material, z. B. Glas, gefertigten und mit einer Metallbelegung versehenen Flache, bei der die Belegung der einen Fläche durch ein in der Belegung verlaufendes Isolationsmuster in vier isolierte Elektroden zerlegt ist, die, auf konzentrisch zur Drehachse liegenden Kreisringflächen angeordnet und paarweise einander zugeordnet, eine Vielzahl sich radial zur Drehachse erstreckender und ineinandergreifender, durch das Muster gebildeter Teilelektroden derart gegeneinander versetzt aufweisen, daß bei Zuführung zweier phasenverschobener Wechselspannungen zu den beiden Elektrodenpaaren dieser Fläche an Gegenelektroden der anderen Fläche eine Wechselspannung influenziert wird, deren Phasenwinkel der Verdrehung beider Flächen proportional ist. Device for converting the angle of rotation of a shaft into an alternating voltage with an electrostatic phase shifter is the subject of the present invention is a device for converting the angle of rotation of a shaft into an alternating voltage with an electrical phase angle proportional to the angle of rotation using an electrostatic phase shifter, consisting of two close to the air arranged from one another and rotatably supported about an axis against one another non-conductive material, e.g. B. glass, manufactured and provided with a metal coating Area in which the occupancy of one area by a running in the occupancy Isolation pattern is broken down into four isolated electrodes, which, on concentric Circular ring surfaces lying to the axis of rotation are arranged and assigned to one another in pairs, a multitude of radial to the axis of rotation extending and interlocking, have partial electrodes formed by the pattern offset from one another in such a way that that when two phase-shifted alternating voltages are supplied to the two pairs of electrodes This surface influences an alternating voltage on the counter electrodes of the other surface whose phase angle is proportional to the rotation of both surfaces.

Einrichtungen dieser Art sind an sich bekannt. Sie dienen beispielsweise in Kinotheodolit-Meßstationen dazu, die Höhen-und Seitenwinkelwerte der einzelnen in der Station vereinigten Kinotheodolite in eine Wechselspannung umzuformen, die zur Fernübertragung der Winkelwerte herangezogen wird. In solchen Einrichtungen wird der Phasenwinkel der Ausgangsspannung des Phasenschiebers beispielsweise durch digital anzeigende Phasenmeßvorrichtungen auf Magnetband oder Lochkarten iibertragen und gespeichert. Die gespeicherten Werte können unmittelbar in elektronischen Rechenmaschinen verarbeitet werden, wodurch die Auswertung der Meßergebnisse beschleunigt wird. Facilities of this type are known per se. They serve for example in Kinotheodolite measuring stations, the elevation and azimuth values of the individual Kinotheodolite united in the station to transform into an alternating voltage that is used for remote transmission of the angular values. In such institutions the phase angle of the output voltage of the phase shifter is for example by digitally displaying phase measuring devices transferred to magnetic tape or punch cards and saved. The stored values can be used directly in electronic calculating machines processed, whereby the evaluation of the measurement results is accelerated.

Die elektrostatischen Phasenschieber dieser Einrichtungen sind mit elektrischen Sechspolen vergleichbar, deren beiden Eingangsklemmenpaaren zwei phasenverschobene Wechselspannungen zugeführt werden und deren Ausgangsklemmenpaar eine Wechselspannung entnommen wird, deren Phasenwinkel der Verdrehung des Rotors gegen den Stator des Phasenschiebers proportional ist. The electrostatic phase shifters of these devices are with electrical six-pole comparable, the two input terminal pairs of which are two out of phase AC voltages are supplied and their output terminal pair an AC voltage is taken, the phase angle of the rotation of the rotor against the stator of the Phase shifter is proportional.

In einer bekannten Anordnung besteht der elektrostatische Phasenschieber aus zwei in geringem Luftabstand voneinander angeordneten Glasplatten, deren einander zugekehrte Stirnflachen eine Metallbelegung aufweisen, die durch in der Metallbelegung verlaufende Aussparungen in ein Elektrodenmuster derart zerlegt ist, daß die einzelnen Elektroden der Belegungen bei Verdrehung gegeneinander ein System variabler kapazitiver Kopplung bilden. Im besonderen ist die Metallbelegung der einen Fläche des Phasenschiebers in vier voneinander elektrisch isolierte Elektroden zerlegt, die auf konzentrisch zur Drehachse des Rotors des Phasenschiebers angeordneten flächengleichen Kreisringflächen derart angebracht sind, daß zwei dieser Elektroden auf jeder Kreisringfläche einander zugeordnet sind und sich radial zur Rotordrehachse erstreckende Teilelektroden aufweisen, die bei den einander zugeordneten Elektroden ineinandergreifen, so daß in angularer Richtung eine Teilelektrode der einen Elektrode mit einer Teilelektrode der anderen Elektrode abwechselt. Die Formgebung der Elektroden ist so getroffen, daß auf die Metallbelegung der Gegenfläche des Phasenschiebers, die ebenfalls in Teilelektroden zerlegt ist, eine Wechselspannung influenziert wird, deren Amplitude im wesentlichen konstant ist und deren Phasenwinkel eine Funktion der Rotor-gegen die Statorverdrehung ist. In one known arrangement, there is the electrostatic phase shifter of two glass plates arranged at a small distance from each other, whose one another facing end faces have a metal coating, which through in the metal coating running recesses is broken down into an electrode pattern in such a way that the individual Electrodes of the assignments when rotated against each other a system of variable capacitive Form coupling. In particular, there is the metal coating on one surface of the phase shifter disassembled into four mutually electrically isolated electrodes that are concentric to the Axis of rotation of the rotor of the phase shifter arranged circular ring surfaces of equal area are attached in such a way that two of these electrodes are mutually aligned on each annular surface are assigned and have partial electrodes extending radially to the rotor axis of rotation, which intermesh at the electrodes assigned to one another, so that in angular Direction of a partial electrode of one electrode with a partial electrode of the other Electrode alternates. The shape of the electrodes is made so that on the Metal coating of the opposite surface of the phase shifter, which is also in partial electrodes is decomposed, an alternating voltage is influenced, the amplitude of which is essentially is constant and its phase angle is a function of the rotor versus the stator rotation is.

Anordnungen dieser Art haben den Vorzug, daß sie auf einfachem Wege eine Übersetzung eines mechanischen Drehwinkels in den Phasenwinkel einer elektrischen Wechselspannung derart zulassen, daß bei einer vollen Verdrehung des Rotors gegen den Phasenschieberstator die am Ausgang des Sechspols abgreifbare Wechselspannung ihren Phasenwinkel in einer von der Konstruktion des Phasenschiebers abhängigen Funktion zwischen Null und 2 z ändert. Arrangements of this type have the advantage that they are easy to use a translation of a mechanical angle of rotation into the phase angle of an electrical one Allow alternating voltage in such a way that with a full rotation of the rotor against the phase shifter stator the alternating voltage that can be tapped at the output of the six-pole their phase angle in a dependent on the construction of the phase shifter Function changes between zero and 2 z.

Bei der Ausbildung des elektrostatischen Phasenschiebers entstehen nun Schwierigkeiten, die darauf zurückzuführen sind, daß es besonderer Maßnahmen bedarf, um die erwünschte Proportionalität zwischen dem mechanischen Drehwinkel p und dem elektrischen Phasenwinkel 7p herbeizuführen. In der eingangs erwähnten bekannten Anordnung sind die Teilelektroden der vier die Eingangsklemmen des Sechspols bildenden Statorelektroden des Phasenschiebers, die auf den erwähnten fiächengleichen Kreisringflächen der Metallbelegung des Stators angeordnet sind, durch eine in diesen Flächen liegende, im wesentlichen sinusförmig verlaufende Aussparung gebildet, so daß bei Verdrehung des Rotors gegen den Stator die erwiinschte Abhängigkeit eintreten soll. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die praktische Ausbildung insofern zu einem unvollkommenen Resultat führt, als Streukapazitäten zwischen den Rotor-und den Statorteilelektroden, die an sich als geometrisch ideal vorausgesetzte elektrostatische Kopplung stören, wobei es darüber hinaus Umstände bereitet, die Sinusform der Aussparung zwischen den beiden Elektrodenpaaren herzustellen. Der Verlauf dieser Aussparung muß außerordentlich präzise eingehalten werden, um eine lineare Abhängigkeit zwischen dem Drehwinkel und dem elektrischen Phasenwinkel herbeizuführen. When the electrostatic phase shifter is formed now difficulties which are due to the fact that there are special measures needs to have the desired proportionality between the mechanical Rotation angle p and the electrical phase angle 7p. In the one mentioned at the beginning known arrangement, the partial electrodes of the four are the input terminals of the six-pole forming stator electrodes of the phase shifter, which have the same surface area as mentioned Annular surfaces of the metal coating of the stator are arranged by one in these Surface-lying, essentially sinusoidal recess is formed, see above that when the rotor rotates against the stator, the desired dependency occurs target. However, it has been shown that the practical training to that extent to a imperfect result, as stray capacitances between the rotor and the stator sub-electrodes, the electrostatic coupling, which is assumed to be geometrically ideal, interfere, it also prepares the sinusoidal shape of the recess between the two pairs of electrodes. The course of this recess must be extraordinary precisely adhered to a linear dependence between the angle of rotation and to bring about the electrical phase angle.

Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die bekannten Anordnungen dieser Art konstruktiv derart zu verbessern, daß Streukapazitäten nur noch geringen Einfluß auf die Wirkungsweise der Einrichtung nehmen. It was the object of the present invention to provide the known arrangements to improve this type constructively in such a way that stray capacitances are only small Influence the operation of the facility.

Weiterhin sollten die bei den bekannten Anordnungen auftretenden fertigungstechnischen Schwierigkeiten gemindert werden.Furthermore, the manufacturing technology that occurs in the known arrangements Difficulties are alleviated.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung zur Umwandlung des Drehwinkels einer Welle in eine Wechselspannung mit einem elektrostatischen Phasenschieber, bestehend aus zwei in geringem Luftabstand voneinander angeordneten, um eine Drehachse gegeneinander verdrehbar gelagerten, aus nicht leitendem Material, z. B. Glas, gefertigten und mit einer Metallbelegung versehenen Flächen (Rotor, Stator), bei der die Metallbelegung der einen Fläche des Phasenschiebers durch ein Isolationsmuster (Aussparungen od. dgl.) in vier auf konzentrisch zur Drehachse liegenden Kreisringflächen angeordnete Elektroden zerlegt ist, die paarweise einander zugeordnet sind und eine Vielzahl sich radial zur Drehachse erstreckender und ineinandergreifender Elektrodenteilflachen derart aufweisen, daß bei Zuführung zweier phasenverschobener Wechselspannungen zu den beiden Elektrodenpaaren an Gegenelektroden der zweiten Flache eine Wechselspannung influenzierbar ist, deren Phasenwinkel der Verdrehung beider Flächen gegeneinander proportional ist, gelöst, die sich dadurch kennzeichnet, daß die Teilelektroden beider Flächen in an sich bekannter Weise durch isolierende Randlinien begrenzt sind, die radial zur Drehachse und angular dazu verlaufen und dadurch, daß die Randlinien der Teilelektroden mindestens einer der beiden Flächen angular derart gegeneinander versetzt sind, daß die Teilelektroden jedes Elektrodenpaares der einen Fläche an Gegenelektroden der anderen Fläche eine Wechselspannung mit sich bei Verdrehung beider Flächen sinusförmig oder praktisch sinusförmig ändernder Aplitude influenzieren. According to the invention, this object is achieved by a device for conversion the angle of rotation of a shaft in an alternating voltage with an electrostatic Phase shifter, consisting of two arranged at a small air distance from each other, Rotatable about an axis of rotation against each other, made of non-conductive material, z. B. glass, manufactured surfaces with a metal coating (rotor, Stator), in which the metal coating of one surface of the phase shifter is through a Isolation pattern (cutouts or the like) in four concentric to the axis of rotation lying circular ring surfaces arranged electrodes is disassembled, the pairs of each other are assigned and a plurality extending radially to the axis of rotation and interlocking Have partial electrode surfaces such that when two phase-shifted ones are fed in Alternating voltages to the two pairs of electrodes at counter electrodes of the second Flat an alternating voltage can be influenced, the phase angle of which is the rotation of both surfaces is proportional to each other, solved, which is characterized by that the partial electrodes of both surfaces in a known manner by insulating Edge lines are limited, which run radially to the axis of rotation and angular to it and in that the edge lines of the partial electrodes are at least one of the two surfaces are angularly offset from one another in such a way that the partial electrodes of each electrode pair an alternating voltage on one surface of the counter-electrodes on the other surface changes sinusoidally or practically sinusoidally when both surfaces are rotated Influence amplitude.

Eine nach der Erfindung ausgebildete Einrichtung hat gegenüber der bekannten Anordnung den Vorzug, daß Streukapazitäten ohne besonderen Einfluß auf die Wirkungsweise der Einrichtung sind. Weiterhin läßt sich die vorgeschlagene Einrichtung bedeutend leichter als die bekannten Anordnungen herstellen. A device designed according to the invention has compared to the known arrangement has the advantage that stray capacitances without any particular influence the mode of operation of the facility. Furthermore, the proposed device significantly easier to manufacture than the known arrangements.

Die Figuren dienen zur Erläuterung einer Einrichtung nach der Erfindung. In Fig. 1 sind als AusführungsbeispieI Bestandteile einer solchen Einrichtung schematisch dargestellt ; Fig. 2 und 4 dienen zur Erläuterung des Stators der Anordnung, während Fig. 3 und 5 zur Erläuterung des Rotors der Anordnung herangezogen werden. The figures serve to explain a device according to the invention. In Fig. 1, components of such a device are shown schematically as an exemplary embodiment shown; Figs. 2 and 4 serve to explain the stator of the arrangement while Fig. 3 and 5 can be used to explain the rotor of the arrangement.

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine im Lager 2 gelagerte Welle, deren Wellenkopf 4 mit einer Fassung 4'versehen ist. In Fig. 1, 1 denotes a shaft mounted in the bearing 2, the shaft head 4 is provided with a socket 4 '.

Die Fassung 4'nimmt eine kreisförmige Glasplatte 5 auf, deren Oberfläche mit einer Metallbelegung 6, deren Ausbildung nachfolgend erläutert wird, versehen ist. Die Glasplatte bildet mit der Metallbelegung den Rotor dieser Anordnung.The mount 4 'receives a circular glass plate 5, the surface of which provided with a metal coating 6, the formation of which is explained below is. The glass plate, together with the metal covering, forms the rotor of this arrangement.

In geringem Luftabstand vom Rotor 5, 6 ist in einer ortsfesten Fassung 7 eine zweite Glasplatte 8 angeordnet, deren Oberfläche eine Metallbelegung 9 trägt. Die Glasplatte 8 bildet mit ihrer Metallbelegung 9 den Stator der Anordnung. Mit 10 ist ein Normalfrequenzoszillator bezeichnet, dem die Speisespannung für den Stator 8, 9 über einen Phasenschieber 11 entnommen wird. Über die Zuleitungen 12, 13, 14 und 15 werden dem Stator 8, 9 zwei gegeneinander z. B. um 90° phasenverschobene Speisespannungen zugeführt, die der Ausbildung des Abgriffs entsprechend auf dem Rotor 5, 6 eine Wechselspannung gleicher Frequenz influenzieren, deren Amplitude bei Verdrehung des Rotors gegen den Stator konstant bleibt, deren Phasenwinkel jedoch entsprechend der Abgriffskonstruktion bei einer Verdrehung mit dem Drehwinkel stetig variabel ist. Die Ausgangsspannung des Abgriffs wird über Schleifringe 16 und 17 am Kopf der Welle 1 abgegriffen und über Leitungen 18 und 19 der Phasenvergleichsvorrichtung 20'zugeführt, in der ihr Phasenwinkel mit dem Phasenwinkel einer der Abgriffseingangsspannungen, die der Vorrichtung 20'über die Leitung 15' zugeführt ist, verglichen wird. Das Meßergebnis wird vorzugsweise in digitaler Form im Anzeigegerät 21'angezeigt bzw. mit dem Registriergerät 22'registriert. At a small air distance from the rotor 5, 6 is in a stationary version 7 a second glass plate 8 is arranged, the surface of which has a metal coating 9. The glass plate 8 with its metal coating 9 forms the stator of the arrangement. With 10 is a normal frequency oscillator referred to, which is the supply voltage for the stator 8, 9 is removed via a phase shifter 11. Via the supply lines 12, 13, 14 and 15 are the stator 8, 9 two against each other z. B. 90 ° out of phase Supply voltages supplied, which correspond to the formation of the tap on the Rotor 5, 6 influence an alternating voltage of the same frequency, the amplitude of which when the rotor rotates against the stator, its phase angle remains constant according to the tap construction with a rotation with the rotation angle steadily is variable. The output voltage of the tap is supplied via slip rings 16 and 17 tapped at the head of the shaft 1 and via lines 18 and 19 of the phase comparison device 20 ', in which its phase angle with the phase angle of one of the tap input voltages, which is fed to the device 20 'via the line 15' is compared. That The measurement result is preferably displayed in digital form in the display device 21 'or registered with the registration device 22 '.

Die Fig. 2 zeigt in Draufsicht einen Teil der Metallbelegung 6 des Stators 8, 9 der Anordnung nach Fig. 1. Fig. 2 shows a plan view of part of the metal coating 6 of the Stator 8, 9 of the arrangement according to FIG. 1.

Die Oberfläche der Glasplatte 8 ist auf flächengleichen Kreisringflächen 25 und 26 mit einer Metallbelegung versehen, deren äußere Berandungen mit 20 und 23 bezeichnet sind. Die beiden Metallbelegungen der Kreisringflächen 25 und 26 sind durch eine in der Metallbelegung verlaufende, bis auf die Oberfläche der Glasplatte 8 hindurchgreifende Aussparung 21, 22 voneinander elektrisch isoliert. The surface of the glass plate 8 is on circular ring surfaces of the same area 25 and 26 provided with a metal coating, the outer edges of which are marked with 20 and 23 are designated. The two metal coverings of the circular ring surfaces 25 and 26 are through one that runs in the metal covering, down to the surface of the glass plate 8 penetrating recess 21, 22 electrically isolated from one another.

Im Innern der Metallbelegungen der Kreisringflächen 25 und 26 sind Aussparungen 27 und 28 gelegen, die ebenfalls bis auf die Oberíläche der Glasplatte 8 reichen und die die Metallbelegungen beider Ringflächen in jeweils zwei Elektroden zerlegt, die voneinander ebenfalls elektrisch isoliert sind. Die Elektroden beider RingBächen sind mit 29, 30, 31 und 32 bezeichnet. Inside the metal coverings of the circular ring surfaces 25 and 26 are Recesses 27 and 28 located, which are also down to the surface of the glass plate 8 and the metal coverings of both ring surfaces in two electrodes each disassembled, which are also electrically isolated from each other. The electrodes of both Ring brooks are labeled 29, 30, 31 and 32.

Die innerhalb der Ringfläche 25 gelegenen Elektroden 29 und 30 weisen Teilelektroden auf, die mit 291, 29in, 29in... bzw. 30I, 30n, 30=... bezeichnet sind. Jeweils zwei benachbarte Teilelektroden der Kreisringfläche25 gehören einer unterschiedlichen Elektrode an, d. h., sie wechseln einander ab und greifen-wie in Fig. 2 angedeutet-ineinander. The electrodes 29 and 30 located within the annular surface 25 have Partial electrodes, which are designated by 291, 29in, 29in ... and 30I, 30n, 30 = ... respectively are. Two adjacent partial electrodes of the circular ring surface 25 each belong to one different electrodes, d. that is, they take turns and grab-like indicated in Fig. 2-in one another.

Die Randlinien der Teilelektroden erstrecken sich radial zur Drehachse des Rotors und angular dazu. Für die nachfolgende Beschreibung (vgl. hierzu Fig. 4) wird der angulare Abstand zweier Randlinien ein-und derselben Teilelektrode mit a, q, bzw. ace bezeichnet, wobei a', Rt die angulare Breite der Teilelektroden der Elektroden 29 und aK5t die angulare Breite der Teilelektroden der Elektroden 30 bezeichnen. The edge lines of the partial electrodes extend radially to the axis of rotation of the rotor and angular to it. For the following description (see Fig. 4) is the angular distance between two edge lines of one and the same partial electrode a, q, and ace, respectively, where a ', Rt is the angular width of the partial electrodes of the Electrodes 29 and aK5t the angular width of the partial electrodes of electrodes 30 describe.

Die Metallbelegung der Ringfläche 26 ist durch eine Aussparung 28 ganz analog der Metallbelegung auf der Ringfldche 25 in Elektroden bzw. Teilelektroden zerlegt. The metal covering of the annular surface 26 is through a recess 28 completely analogous to the metal coating on the annular surface 25 in electrodes or partial electrodes disassembled.

Die beiden Elektroden dieser Ringfläche sind mit 31 und 32 bezeichnet. Ihre angularen Breiten entsprechen der der Ringfläche 25, jedoch ist das Isolationsmuster der Ringflache 26 gegen das Isolationsmuster der Ringfläche 25 phasenverschoben auf die Oberfläche der Glasplatte 8 aufgebracht. Im vorliegenden Fall sind auf dem Umfang der Ringfläche 25 n Teilelektroden der beiden Elektroden 29 und 30 aufgebracht, so daß jede der beiden Elektroden 2 Teilelektroden besitzt, wobei n eine ganze gerade Zahl bezeichnet.The two electrodes of this ring surface are designated by 31 and 32. Their angular latitudes correspond to of the annular surface 25, however is the insulation pattern of the ring surface 26 against the insulation pattern of the ring surface 25 applied to the surface of the glass plate 8 out of phase. In the present Case are on the circumference of the annular surface 25 n partial electrodes of the two electrodes 29 and 30 applied so that each of the two electrodes has 2 partial electrodes, where n denotes an even number.

Die Fig. 2a zeigt einen Schnitt durch den Stator nach Fig. 2 senkrecht zur Darstellungsebene der Fig. 2. FIG. 2a shows a section through the stator according to FIG. 2, perpendicularly to the representation level in FIG. 2.

Die Fig. 2b gibt eine Draufsicht auf die Darstellung der Fig. 2 a wieder.FIG. 2b gives a top view of the representation of FIG. 2a again.

In Fig. 3, die eine Draufsicht auf einen Teil des Rotors der Anordnung nach Fig. 1 wiedergibt, bezeichnet 42 eine Kreisringfläche, die mit einer Metallbelegung versehen ist die die Ringflächen 26 und 25 des Stators überdeckt. Die von den Rändern 40 und 41 berandete Kreisringflache 42 ist durch eine Aussparung 43 wieder in zwei Elektroden 44 und 45 zerlegt, deren angulare Breiten in Fig. 5 mit a'le und áíe bezeichnet sind. In Fig. 3, which is a plan view of part of the rotor of the assembly According to Fig. 1 reproduces, 42 denotes a circular ring surface with a metal coating is provided which covers the annular surfaces 26 and 25 of the stator. The ones from the edges 40 and 41 edged circular ring surface 42 is again in two through a recess 43 Electrodes 44 and 45 separated, their angular widths in Fig. 5 with a'le and áíe are designated.

In Fig. 2 bezeichnen noch 29'und 30'Stromzuführungen für die Elektroden der Kreisringfläche 25, über die den beiden Elektroden-wie in Fig. 4 angedeutet-iiber die Zuleitungen 13 und 15 ein Speisespannungspaar zur Speisung zugeführt ist. Die beiden Elektroden 31 und 32 der Kreisringflache 26 weisen ähnliche, nicht dargestellte Zuführungen auf, die mit den Zuleitungen 12 und 14 in Verbindung stehen. Die entsprechenden Leitungen zum Abgriff der Ausgangsspannung auf dem Rotor sind mit 44' bzw. 45'bezeichnet. In FIG. 2, 29 ′ and 30 ′ also designate power supplies for the electrodes of the circular ring surface 25, over which the two electrodes - as indicated in FIG. 4 - over the supply lines 13 and 15 are supplied with a supply voltage pair for feeding. the Both electrodes 31 and 32 of the circular ring surface 26 have similar, not shown Feeds that are connected to the feed lines 12 and 14. The corresponding Lines for tapping the output voltage on the rotor are labeled 44 'and 45'.

Zur Erläuterung der bis hier beschriebenen Einrichtung soll zunächst angenommen werden, daß auf den Kreisringflächen 25 und 26 bzw. 42 insgesamt ws nebeneinanderliegende Teilelektroden angeordnet sind, so daß also jede der Elektroden 29, 30, 31, 32, 44 und 45 insgesamt Teilelektroden aufweist. Es werde weiterhin angenommen, daß die angularen Abstände as"aNt und aiea 0 gleich groß sind, so daß also α'St = α"St = α'R = α"R = 2#/n ist. Betrachtet man unter diesen Voraussetzungen die Kapazität, die die Elektrode 29 mit der Elektrode 44 als Gegenelektrode bildet, so kann man aus den Fig. 4 und 5 unmittelbar ablesen, daß diese Teilkapazität C29, 44 eine Funktion des Drehwinkels zwischen dem Rotor und dem Stator ist. Diese Funktion verläuft dreieckförmig, wobei, ausgehend von einer Anfangsstellung 0 = 0, bei der die Teilelektroden der Elektroden 29 mit den Teilelektroden der Elektroden 44 zur Deckung kommen, diese Funktion bei g = 0, 42, 82. ein Maximum und für n n 2z 6s los ein Minimum aufweist. Die n'n'n Kapazität Cs0, 44 zwischen der Elektrode 30 und der Elektrode 44 weist den gleichen periodischen Verlauf auf, jedoch ist ersichtlich C30.44 (#) = C29.44 die beiden periodischen Funktionen sind um den Winkel 2-gegeneinander phasenverschoben. Zur Erläuterung n dieser Verhältnisse sind beide Funktionen in Fig. 4a dargestellt.To explain the device described so far, it should first be assumed that a total of adjacent partial electrodes are arranged on the annular surfaces 25 and 26 or 42, so that each of the electrodes 29, 30, 31, 32, 44 and 45 has partial electrodes overall. It is also assumed that the angular distances as "aNt and aiea 0 are equal, so that α'St = α" St = α'R = α "R = 2 # / n 4 and 5, it can be seen directly from FIGS. 4 and 5 that this partial capacitance C29, 44 is a function of the angle of rotation between the rotor and the stator. where, starting from an initial position 0 = 0, in which the partial electrodes of the electrodes 29 coincide with the partial electrodes of the electrodes 44, this function has a maximum at g = 0, 42, 82 and a minimum for nn 2z 6s los. The n'n'n capacitance Cs0, 44 between the electrode 30 and the electrode 44 has the same periodic course, but it can be seen that C30.44 (#) = C29.44 the two periodic functions are phase-shifted by the angle 2 with respect to one another. To explain these relationships, both functions are shown in FIG. 4a.

Ganz ähnlich liegen die Verhältnisse-wie man unmittelbar aus den Fig. 4 und 5 ablesen kann - für die Teilkapazitäten zwischen der Elektrode 31 und der Elektrode 32 sowie der Elektrode 44 (Cg). Es lassen sich weiterhin die Teilkapazitäten C29,45 (#), C30,45 (#), C31, 45 (99) und C32, 41 (T) auf die Teilkapazität C29, 44 (?) zurückführen, da sämtliche Teilkapazitäten den gleichen Dreieckverlauf aufweisen und lediglich gegeneinander phasenverschoben sind. The conditions are very similar - as can be seen directly from the 4 and 5 can be read - for the partial capacities between the electrode 31 and the electrode 32 and the electrode 44 (Cg). The partial capacities can still be used C29,45 (#), C30,45 (#), C31, 45 (99) and C32, 41 (T) on the partial capacity C29, 44 (?), Since all partial capacities are the same Have triangular shape and are merely out of phase with one another.

Bezeichnet man ferner die Spannungen, die den Elektroden 29, 30, 31 und 32 zugeführt werden, der Reihe nach in üblicher komplexer Schreibweise (vgl. The voltages applied to the electrodes 29, 30, 31 and 32, one after the other in the usual complex notation (cf.

Fig. 2) mit #29 = Uej#ejwl = U(#t)ej# #30 = Uej(#+#)ej#t = U(#t)ej(#+#) = -U(#t)3j# #21 = Uej(#+#/2)ej#t = U(#t)ej(#+#/2) = - jU(#t)3j# 32 = Uej(#+ 8#/2)ej#t = U(#t) ej(#+ 3#/2) = jU(#t)ej#, (1) so folgt für die auf 44 bei beliebigem Winkel qs influenzierte Ladung und ebenso für die auf der Elektrode 45 influenzierte Ladung Die an 44 und 45 auftretende Potentialdifferenz #u ist deshalb ebenfalls eine Funktion des Drehwinkels p entsprechend Unter Benutzung der Werte aus (1) ergibt sich deshalb für #U # U(#t)ej##(f1[Ck,44;Ck,45]+jf2[Ck,44;Ck,45]), (5) worin und wie leicht nachzurechnen ist-Summen aus den Teilkapazitäten darstellen. Diese Summen sind ebenso wie die Teilkapazitäten periodische Funktionen des Drehwinkels. Wählt man deshalb die einzelnen Teilkapazitäten so, daß etwa f1(Ck,44;Ck,45)#cosn*# und f2 (Ck,44;Ck,45)#sinn*# ist, so folgt aus (5) unmittelbar, daß #U#U(#t)ej#ejn*# = U(#t)ej(#+n*#) (6) ist, worin n* bezeichnet, d. h. der Phasenwinkel *# = # + n*# der Ausgangswechselspannung des Sechspols hat den gewünschten linearen Zusammenhang mit dem Drehwinkel.Fig. 2) with # 29 = Uej # ejwl = U (#t) ej # # 30 = Uej (# + #) ej # t = U (#t) ej (# + #) = -U (#t) 3j # # 21 = Uej (# + # / 2) ej # t = U (#t) ej (# + # / 2) = - jU (#t) 3j # 32 = Uej (# + 8 # / 2) ej # t = U (#t) ej (# + 3 # / 2) = jU (#t) ej #, (1) it follows for the charge induced on 44 at any angle qs and also for the charge induced on electrode 45 The potential difference #u occurring at 44 and 45 is therefore also a function of the angle of rotation p Using the values from (1) we get for #U # U (#t) ej ## (f1 [Ck, 44; Ck, 45] + jf2 [Ck, 44; Ck, 45]), (5) What and how easy it is to recalculate sums from the partial capacities. Like the partial capacities, these sums are periodic functions of the angle of rotation. If one therefore chooses the individual partial capacitances in such a way that f1 (Ck, 44; Ck, 45) is # cosn * # and f2 (Ck, 44; Ck, 45) is # sinn * #, then from (5) it follows immediately that # U # U (#t) ej # ejn * # = U (#t) ej (# + n * #) (6) is where n * denotes, that is, the phase angle * # = # + n * # of the AC output voltage of the six-pole has the desired linear relationship with the angle of rotation.

Wie eingangs bereits ausgeführt worden ist, wird dieser lineare Zusammenhang in bekannten Anordnungen dadurch erzwungen, daß den beiden Aussparungen 27 und 28 in den Ringflächen 25 und 26 ein im wesentlichen sinusförmiger Verlauf gegeben wird. As has already been stated at the beginning, this linear relationship becomes forced in known arrangements that the two recesses 27 and 28 a substantially sinusoidal curve is given in the annular surfaces 25 and 26.

Der vorliegenden Erfindung entsprechend werden die geraden Randlinien der Teilelektroden einer jeden Elektrode in vorteilhafter Weise beibehalten, wobei nach einem Erfindungsgedanken die angularen Breiten a, e und Oßbeim Rotor des Abgriffs in der in Fig. 3 angedeuteten Weise verschieden groß gewählt sind. According to the present invention, the straight edge lines become of the sub-electrodes of each electrode advantageously maintained, wherein according to an inventive idea, the angular widths a, e and Oßbeim the rotor of the tap are selected to be of different sizes in the manner indicated in FIG. 3.

In dieser Anordnung influenziert dann beispielsweise das Elektrodenpaar 29, 30 des Stators auf dem Rotor eine Spannung, deren Verlauf sich als Funktion des Drehwinkels p als für A = ungerade Zahl. für # = gerade Zahl. darstellen läßt. Wählt man beispielsweise den Winkel a'le so, daß die Bedingung Ana = 2kn (8) erfüllt ist, worin k eine beliebige, ganze positive Zahl bezeichnet und n die bereits erläuterte Bedeutung hat, so verschwinden in (7) neben der Harmonischen mit der Ordnungszahl A auch alle Harmonischen, deren Ordnungszahl ein Vielfaches von A beträgt.In this arrangement, for example, the pair of electrodes 29, 30 of the stator on the rotor then influences a voltage, the course of which is a function of the angle of rotation p as for A = odd number. for # = even number. can represent. If, for example, one chooses the angle a'le so that the condition Ana = 2kn (8) is fulfilled, where k denotes an arbitrary, whole positive number and n has the meaning already explained, then in (7) next to the harmonic with the disappears Ordinal number A also includes all harmonics whose ordinal number is a multiple of A.

In weiterer Ausbildung der Erfindung werden nicht nur die angularen Breiten a.',, und aR des Rotors der Anordnung verschieden groß gewählt, sondern daneben auch noch die Abstände yie und Y'¢t, wobei #'st die Summe zweier benachbarter Elektrodenbreiten auf dem Stator und y, die Summe dieser Breiten auf dem Rotor der Anordnungen bezeichnen (vgl. wegen dieser Bezeichnungen die Fig. 4 und 5). Wählt man beispielsweise y so, daß die Beziehung m # ##n##'R = q 2 # (m = ganze Zahl) (9) erfüllt ist, worin q eine beliebige, ganze positive Zahl m, 2 m, 3 m... bezeichnet, so erreicht man, daß auch die dieser Bedingung genügende Harmonische verschwindet, so daß sich also der Amplitudenverlauf der influenzierten Spannung weiter einer Sinusfunktion annähert. In a further embodiment of the invention, not only the angular Widths a. ',, and aR of the rotor of the arrangement selected different sizes, but in addition, the distances yie and Y '¢ t, where #' st is the sum of two neighboring ones Electrode widths on the stator and y, the sum of these widths on the rotor of the Designate arrangements (cf. for these designations, FIGS. 4 and 5). Chooses for example y such that the relation m # ## n ## 'R = q 2 # (m = integer) (9) is fulfilled, where q denotes any positive integer m, 2 m, 3 m ..., in this way one achieves that the harmonic which satisfies this condition also disappears, so that the amplitude curve of the influenced voltage continues to be a Sine function approximates.

Der Klirrfaktor einer derartig ausgebildeten Anordnung läßt sich noch weiter vermindern, wenn man die Teilelektroden beispielsweise des Rotors gruppenweise zusammenfaßt und galvanisch trennt. Dies könnte etwa dadurch geschehen, daß man die Teilelektroden, die in einem Winkelsektor von 60° liegen, zusammenfaßt und von den übrigen Elektroden galvanisch trennt. Die auf dem Rotor galvanisch voneinander getrennt angeordneten Elektrodengruppen werden dabei entsprechend ihrer Zugehörigkeit elektrisch parallel geschaltet und gegeneinander um einen Winkel #R, der nicht ein ganzzahliges Vielfaches von ist, gegeneinander versetzt. Wählt man den Versatzwinkel R so, daB die Beziehung p#n##R = (2s + 1) # # (s = 0, 1, 2...) (10) erfüllt ist, so nähert sich der Amplitudenverlauf der influenzierten Wechselspannung bei Verdrehung von Rotor und Stator gegeneinander noch weiter einer Sinusfunktion. The distortion factor of such an arrangement can be Reduce even further if the partial electrodes, for example of the rotor, are used in groups summarizes and galvanically separates. This could be done by the partial electrodes, which lie in an angular sector of 60 °, summarizes and of galvanically separates the remaining electrodes. The ones on the rotor galvanically from each other separately arranged electrode groups are thereby according to their affiliation electrically connected in parallel and against each other at an angle #R, which is not a integer multiple of is, offset from one another. Choosing the offset angle R so that the relation p # n ## R = (2s + 1) # # (s = 0, 1, 2 ...) (10) is fulfilled, so the amplitude curve approaches the induced alternating voltage when twisted of rotor and stator against each other still further a sine function.

Zur näheren Erläuterung der vorgeschlagenen Ausbildung solI an Hand eines Ausführungsbeispieles berechnet werden, welcher Abstand fiir die Randlinien der Teilelektroden gewählt werden müßte, um die erwünschte Abhängigkeit zu erzielen. Es soll angenommen werden, daß auf dem Umfang der Kreisringflächen 25 und 26 jedes der beiden Elektrodenpaare 36 Teilelektroden enthält. Es soll die 3. und die 9. Harmonische in der Entwicklung (7) bzw. in einer dazu äquivalenten Entwicklung unter Beachtung der Beziehung (9) zum Verschwinden gebracht werden, während die 5. Harmonische unter Beachtung der Beziehung (8) zum Verschwinden gebracht werden soll. Von den Oberwellen verbleiben dann lediglich die 7. und als nächste die 11. Harmonische in dieser Entwicklung. For a more detailed explanation of the proposed training should be on hand an exemplary embodiment can be calculated, which distance for the edge lines of the sub-electrodes would have to be selected in order to achieve the desired dependency. It should be assumed that on the circumference of the annular surfaces 25 and 26 each of the two pairs of electrodes 36 contains partial electrodes. The 3rd and 9th Harmonics in the development (7) or in an equivalent development below Observing the relationship (9) can be made to disappear while the 5th harmonic is to be made to disappear taking into account the relationship (8). Of the Harmonics remain then only the 7th and next the 11th harmonic in this development.

Setzt man in Gleichung (8) # = 5 und in Gleichung (9) A = 3, so erhält man mit n = 36 für die Winkelbreiten a,. t und ß'5t der Teilelektroden des Stators in Fig. 2 as, =α'St = #/n = 5°. Die Zahlen I und ç werden so gewählt, daß die 7. Harmonische möglichst schwach ausgeprägt ist. Vorteilhaft wird dazu das Wertetripel m = 6, l = 2 und q = 17 gewählt. Dann berechnet man nach den obigen Gleichungen a.' = 4° und yse = 9° 26'40". If one sets # = 5 in equation (8) and A = 3 in equation (9), one obtains one with n = 36 for the angular widths a ,. t and ß'5t of the partial electrodes of the stator in Fig. 2 as, = α'St = # / n = 5 °. The numbers I and ç are chosen so that the 7th harmonic is as weak as possible. The value triple is advantageous for this m = 6, l = 2 and q = 17 were chosen. Then one calculates according to the above equations a. ' = 4 ° and yse = 9 ° 26'40 ".

In dieser Anordnung beträgt der Klirrfaktor dann-bezogen auf eine Anordnung, bei der die Randlinien aller Teilelektroden gleiche Abstände aufweisen-nur noch ein Vierzigstel des ursprünglichen Wertes.In this arrangement, the distortion factor is then based on one Arrangement in which the edge lines of all partial electrodes are equally spaced - only one fortieth of the original value.

Will man beispielsweise noch nach Gleichung (10) die 7. Harmonische beseitigen, so liefert s = 41 miter = 59, 29° nicht nur eine Beseitigung der 7. Harmonischen, sondern auch noch eine Schwächung der übrigen. Bei der gruppenweisen Zusammenfassung der Elektroden werden also die sechs parallelgeschalteten Rotorelektrodengruppen jeweils um die folgenden Winkel gegen die erste versetzt anzuordnen : 59, 29° ; 120° ; 179, 29° ; 240° ; 299, 29°. For example, if you want the 7th harmonic according to equation (10) remove, then s = 41 wither = 59, 29 ° does not only provide an elimination of the 7th. Harmonic, but also a weakening of the rest. In the group wise The six parallel-connected rotor electrode groups are thus the combination of the electrodes offset by the following angles from the first: 59, 29 °; 120 °; 179, 29 °; 240 °; 299, 29 °.

Die beschriebene Art der Beeinflussung des Amplitudenverlaufs der influenzierten Spannung ist selbstverständlich davon unabhängig, ob man die angularen Breiten des Rotors oder die Abstände y des Rotors verschieden groß wählt oder ob man entsprechende Maßnahmen auf dem Stator des Abgriffs trifft. Ebensa ist die erwähnte Gruppenbildung der Teilelektroden sowohl auf dem Stator als auch auf dem Rotor möglich, wobei sämtliche Maßnahmen nicht nur einzeln entweder auf dem Rotor oder auf dem Stator, sondern zusammen auf dem Rotor und dem Stator getroffen werden können. The described type of influencing the amplitude curve of the influenced tension is of course independent of whether one uses the angular Widths of the rotor or the distances y of the rotor selects different sizes or whether appropriate measures are taken on the tap stator. The same is the one mentioned Group formation of the partial electrodes possible on the stator as well as on the rotor, with all measures not only individually either on the rotor or on the Stator, but can be taken together on the rotor and the stator.

Weiterhin ist die Erfindung unabhängig davon, ob die angularenBreitenα'Stbzw.α"Stoderα'Rüber den Umfang der jeweiligen Ringflächen konstant gewählt sind. Die Breiten der entsprechenden Teilelektroden können über den Umfang der Ringflächen auch variieren. Auf jeden Fall ist es bei einer Einrichtung nach der Erfindung möglich, den Klirrfaktor der influenzierten Spannungen, ausgehend vom unkompensierten Fall, d. h. also in einer Anordnung, bei der α'St = α"St = α'R = α"R ist, auf 0, 3 ;, zu reduzieren.Furthermore, the invention is independent of whether the angular widths α'St or α "St or α'Rüber the circumference of the respective annular surfaces are chosen to be constant. The widths of the corresponding Partial electrodes can also vary over the circumference of the ring surfaces. In any Case it is possible with a device according to the invention, the distortion factor of induced stresses, based on the uncompensated case, d. H. so in one Arrangement in which α'St = α "St = α'R = α" R is on 0.3 ;, to reduce.

Weiterhin wird durch die gruppenweise Zusammenfassung der Teilelektroden noch erreicht, daß der Einfluß geringen Schiefstehens des Stators gegen den Rotor, d. h. der Einfluß des sogenannten Taumelfehlers, vermindert wird.Furthermore, the group-wise combination of the partial electrodes still achieved that the influence of slight inclination of the stator against the rotor, d. H. the influence of the so-called wobble is reduced.

Die Herstellung eines Originalmusters sowohl der Rotorals auch der Statorelektroden kann bei einer Einrichtung nach der Erfindung auf einer gewöhnlichen Teilmaschine erfolgen, indem etwa in einer Kupfer-oder Silberschicht die radial sich erstreckenden Randlinien durch in den Schichten verlaufende Aussparungen gebildet werden. Die Vervielfältigungen des Originalmusters können dann in geläufigerWeise auf fotochemischen oderfotomechanischen Wegen vor sich gehen. Making an original sample of both the rotor and the Stator electrodes can in a device according to the invention on an ordinary Partial machine take place by putting the radial in a copper or silver layer extending edge lines formed by recesses running in the layers will. The reproductions of the original pattern can then be made in a familiar manner proceed in a photochemical or photomechanical way.

Die beschriebene Ausbildung der Rotor-und Statorelektroden bringt weiterhin den Vorzug, daß Streukapazitäten zwischen den Teilelektroden keinen Einfluß auf die Wirkungsweise der Einrichtung nehmen, wobei dieser Umstand unabhängig davon ist, in welcher Weise die Gegenelektroden der statorseitigen Teilelektroden ausgebildet sind. Die Rotorteilelektroden können abweichend vom erläuterten Ausführungsbeispiel ausgebildet sein. The described design of the rotor and stator electrodes brings furthermore the advantage that stray capacitances between the partial electrodes have no influence take on the operation of the device, regardless of this fact is how the counter-electrodes of the stator-side partial electrodes are formed are. The rotor sub-electrodes can deviate from the illustrated embodiment be trained.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for converting the angle of rotation of a Wave consisting of an alternating voltage with an electrostatic phase shifter from two closely spaced to one another Axis of rotation against each other rotatably mounted, made of non-conductive material, z. B. Glass, manufactured surfaces with a metal coating (rotor, stator), in which the metal coverage g of one surface of the phase shifter by an insulation pattern (Recesses or the like) in four circular ring surfaces concentric to the axis of rotation arranged electrodes is disassembled, which are assigned to each other in pairs and one Large number of electrode surfaces extending radially to the axis of rotation and interlocking have such that when two phase-shifted alternating voltages are supplied an alternating voltage to the two pairs of electrodes on counter electrodes of the second surface can be influenced, the phase angle of which is the rotation of both surfaces against each other is proportional, characterized in that the partial electrodes of both surfaces are delimited in a manner known per se by iscling edge lines that are radial to the axis of rotation and angularly to it, and in that the edge lines of the partial electrodes at least one of the two surfaces are angularly offset from one another in such a way that that the partial electrodes of each electrode pair of the one surface on counter electrodes the other surface has an alternating voltage with it when both surfaces are rotated sinusoidally or influence practically sinusoidally changing amplitude.

2. Device according to claim 1, wherein the counter electrodes of the two Electrode pairs of one surface in particular from a pair of interlocking, electrodes provided with partial electrode surfaces extending radially to the axis of rotation consists, characterized in that the angular offset of the edge lines of the partial electrode surfaces is preferably provided on the pair of counter electrodes.

3. Device according to claim 1 and / or 2, wherein the angular Widths of the partial electrode areas of each individual electrode are the same among themselves are, characterized in that the partial electrode surfaces of the electrode pairs have different angular widths.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the sum of the angular widths of two adjacent partial electrode areas is one Electrode pairs different from the sum of the angular widths corresponding Electrode partial surfaces of the counter-electrode pair is selected.

5. Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized characterized in that the partial electrode surfaces are preferably of the pair of counter-electrodes summarized in groups that are galvanically separated from one another on the metal coating and are offset from one another in groups.

Publications considered: German Patent No. 959 526.