DE1850201U

DE1850201U - ELECTROMECHANICAL CONVERTER.

Info

Publication number: DE1850201U
Application number: DEC8963U
Authority: DE
Inventors: Continental Elektroindustrie
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-01-16
Filing date: 1962-01-16
Publication date: 1962-04-19

Description

Kapazitiver elektromechanischer Wandler zur Umwandlung eines mechanischen Drehwinkels in den Phasenwinkel einer Wechselspannung. Capacitive electromechanical converter for converting a mechanical one Angle of rotation into the phase angle of an alternating voltage.

Die Neuerung betrifft einen kapazitiven elektromechanischen Wandler, der zur Umwandlung eines mechanischen Drehwinkels in den Phasenwinkel einer dem Wandler entnehmbaren elektrischen Wechselspannung benutzbar ist.The innovation concerns a capacitive electromechanical converter, to convert a mechanical angle of rotation into the phase angle of a dem Converter removable electrical AC voltage can be used.

Im besonderen befaßt sich die Neuerung mit einem kapazitiven aus Rotor und Stator bestehenden elektromechanischen Wandler, dessen scheibenförmig ausgebildeter Rotor und Stator einander in geringem Luftabstand gegenüberstehen und deren einander gegenüberliegende Oberflächen in Elektroden zerlegte Metallisierungen derart aufweisen, daß bei Speisung der Elektroden des Stators (oder (Rotors) mit Wechselspannung an den Gegenelektroden des Rotors (bzw. Stators) eine Wechselspannung abgreifbar ist, deren Phasenwinkel mit dem Verdrehungswinkel des Rotors variabel ist, bei dem die Elektroden von Rotor und Stator auf konzentrisch zur Rotordrehachee gelegenen Metallisierungen und die mit Wechselspannung speisbaren Elektroden auf zwei konzentrisch gelegenen Ringflächen, die durch eine elektrisch inaktive Ringfläche getrennt sind, angeordnet sind und bei dem ferner die Zuführung der Wandlerspeisespannung über Zuleitungen erfolgt, die durch Bohrungen durch das Material des Speiseelektrodenträgers hindurchgeführt sind.In particular, the innovation deals with a capacitive rotor and stator existing electromechanical transducer, its disk-shaped The rotor and stator face each other with a small air gap and their each other opposing surfaces have metallizations broken down into electrodes in such a way that that when the electrodes of the stator (or (rotor) are supplied with alternating voltage an alternating voltage can be tapped off the counter electrodes of the rotor (or stator), whose phase angle is variable with the angle of rotation of the rotor at which the Electrodes of rotor and stator on metallizations concentric to the rotor turning axis and the electrodes that can be fed with AC voltage on two concentrically located electrodes Ring surfaces, which are separated by an electrically inactive ring surface, arranged and in which the converter supply voltage is also supplied via feed lines takes place, which passed through bores through the material of the feed electrode carrier are.

Kapazitive elektromechanische Wandler dieser Ausbildung finden bekanntlich an drehbar gelagerten Achsen zur elektrischen Winkelmessung durch Phasenwinkelmessung an der Wandlerausgangswechselspannung Anwendung, wobei der Vorzug gegeben ist, daß der volle Drehwinkel von 3600 stark übersetzt in den Phasenwinkel der Wandlerausgangsspannung übertragbar ist. Zum Beispiel sind Wandler bekannt, bei denen sich der Phasenwinkel der Wandlerausgangsspannung bei einer vollen Drehung des Wandlerrotors um 360 z. B. 200 mal zwischen 0... 2Jr verschiebt. In Verbindung mit einem elektrischen Grobmeßsystem ähnlicher Art, lassen deshalb solche Anordnungen eine hohe Auflösung an elektrischen Winkelmeßeinrichtungen zu.Capacitive electromechanical converters of this type are known to be found on rotatable axes for electrical angle measurement by phase angle measurement at the Converter output AC voltage application, with the preference it is given that the full angle of rotation of 3600 translates strongly into the phase angle the converter output voltage can be transmitted. For example, converters are known where the phase angle of the converter output voltage changes with a full rotation of the converter rotor by 360 z. B. shifted 200 times between 0 ... 2Jr. In connection with an electrical coarse measuring system of a similar type, therefore, leave such arrangements a high resolution of electrical angle measuring devices.

Häufig finden solche Anordnungen als digitale Winkelmeßvorrichtungen Anwendung, da sich der Phasenwinkel der jeweiligen Wandlerausgangsspannung einfach durch elektronische Zählung messen läßt.Such arrangements are often found as digital angle measuring devices Application because the phase angle of the respective converter output voltage is simple can be measured by electronic counting.

Die vorliegende Neuerung befaßt sich mit der mechanischen Ausbildung von Wandlern der eingangs erwähnten Art.The present innovation deals with the mechanical training of converters of the type mentioned at the beginning.

Bei Geräten dieser Ausbildung trifft nämlich die Anordnung und Befestigung der Speisespannungszuführungen auf gewisse Schwierigkeiten, denn es ist bei Wandlern größeren Übersetzungsverhältnisses infolge der notwendig kleiner werdenden geometrischen Abmessung der auf der Wandleroberfläche liegenden Speiseelektroden nicht möglich, die Zuführung der Speisespannung über Zuleitungen durchzuführen, die mit der Metallisierung des Speiseelektrodenträgers über in dieser Metallisierung gelegenen Bohrungen verbunden sind, da die Bohrungen an Geräten dieser Art einen größeren Durchmesser aufweisen müssen als es die Breite der Speiseelektroden zuläßt. Die Anordnung solcher Bohrungen im Muster der Metallisierung des Speiseelektrodenträgers führt deshalb zu Verletzungen der Elektrodenränder. Es ist deshalb auch bereits vorgeschlagen worden, von der An- C> wendung von Bohrungen im Wandlermaterial überhaupt abzusehen und die Zuleitung der Speisespannung über besondere Hilfsmetallisierungen auf der Oberfläche des Speiseelektrodenträgers herbeizuführen. Dieses erfordert jedoch komplizierte Lötverbindungen zwischen diesen relativ dünnen Metallisierungen und den Speisezuleitungen, so daß auch hier wegen dar erhöhten Bruchgefahr der Lötung eine Besserung der Verhältnisse nicht erzielbar ist.In devices of this design, the arrangement and attachment of the supply voltage leads to certain difficulties, because it is not possible to carry out the supply of the supply voltage via supply lines that are connected to the Metallization of the feed electrode carrier are connected via holes located in this metallization, since the holes on devices of this type must have a larger diameter than the width of the feed electrodes allows. The arrangement of such bores in the pattern of the metallization of the feed electrode carrier therefore leads to damage to the electrode edges. It has therefore already been suggested that the C> The use of bores in the converter material should be avoided at all and the supply of the supply voltage via special auxiliary metallizations on the surface of the supply electrode carrier. However, this requires complicated soldered connections between these relatively thin metallizations and the feed lines, so that here, too, an improvement in the situation cannot be achieved because of the increased risk of breakage in the soldering.

Es ist deshalb auch versucht worden, die Bohrungen am Rande des scheibenförmig ausgebildeten Speiseelektrodenträgers anzuordnen. Dieses führt jedoch zu ebensolchen Schwierigkeiten, da der Rotor und der Stator soclher elektromechanischer Wandler im allgemeinen aus Glas gefertigt ist, so daß die spezielle Lage der Bohrungen zu Ausbrüchen im Glas führt.It has therefore also been tried to make the holes on the edge of the disk-shaped trained feeding electrode carrier to be arranged. However, this leads to the same Difficulty because the rotor and the stator have separate electromechanical transducers is generally made of glass, so that the special location of the holes too Outbreaks in the glass.

Es wurde nun gefunden, daß die Bohrungen trotz der geringen Abmessungen der Speisee) slktroden dennoch in die elektrisch aktive Zone der Wandlermetallisierung gelegt werden können, indem man die Bohrungen in der elektrisch inaktiven Ringfläche des Speiseelektrodenträgers anordnet und derart winklig um die Rotorachse gegeneinander versetzt, daß die durch sie auf die Gegenelektroden influenzierten elektrischen Spannungen einander kompensieren.It has now been found that the holes, despite the small dimensions the food) slabs into the electrically active zone of the converter metallization can be placed by drilling the holes in the electrically inactive ring surface of the feeding electrode carrier and arranged at an angle to each other about the rotor axis offset that the influenced by them on the counter electrodes electrical Compensate tensions for each other.

Der Neuerung entsprechend werden die Bohrungen also unter Beobachtung der speziellen geometrischen Wandlerkonstruktion derart in der elektrisch inaktiven Ringfläche des Speiseelektrodenträgers angeordnet, daß die Störspannungen, die durch die Speiseelektroden in den Wandler eingeführt werden, am Ausgang des Wandlers elektrisch nicht in Erscheinung treten.According to the innovation, the boreholes are therefore under observation the special geometric converter construction in the electrically inactive one Ring surface of the feeding electrode carrier arranged that the interference voltages caused by the feed electrodes are introduced into the transducer, electrically at the output of the transducer do not appear.

In den anliegenden Figuren ist ein Ausführungsbeispiel des Wandlers nach der Neuerung schematisch dargestellt.In the accompanying figures is an embodiment of the transducer shown schematically after the innovation.

Die Figur 1 zeigt schematisch die äußere Anordnung des Wandlers, die Figur 2 einen Ausschnitt aus der Oberfläche seines Speiseelektrodenträgers. Die Figur 3 einen Ausschnitt aus der Oberfläche des Gegenträgers, während die Figur 4 die Ausbildung der Bohrungen im Material des Speiseelektrodenträgers erläutert. In der Figur l bezeichnet l eine in einem Lager 2 drehbar gelagerte Welle. Sie ist mit einem ringscheibenförmigen Glasträger 3 fest verbunden. Dem Träger 3 ist im geringen Luftabstand gegenüber ein zweiter ringscheibenförmiger Träger 4 derart angeordnet, daß die beiden Stirnflächen der Träger einander gegenüberstehen. Der Träger 4 ist ortsfest an einer Gehäusewandung befestigt.Figure 1 shows schematically the external arrangement of the transducer, the FIG. 2 shows a section from the surface of its feed electrode carrier. the Figure 3 shows a section of the surface of the counter support, while the figure 4 explains the formation of the bores in the material of the feed electrode carrier. In the figure l denotes l a shaft rotatably mounted in a bearing 2. she is firmly connected to an annular disk-shaped glass carrier 3. The carrier 3 is in small air gap compared to a second annular disk-shaped carrier 4 in this way arranged that the two end faces of the carrier face each other. Of the Carrier 4 is fixedly attached to a housing wall.

Auf den Oberflächen der Träger, die einander zugeordnet sind, sind Metallisierungen 5 und 6-z. B. durch Aufdampfen von Aluminium oder Kupfer-aufgebracht. Beide Metallisierungen sind-wie nachfolgend näher erläutert-durch Ausmehmungen in Elektroden zerlegt, so daß ein Kondensatorsystem variabler kapazitiver Kopplung entsteht.On the surfaces of the carriers that are associated with each other are Metallizations 5 and 6-z. B. applied by vapor deposition of aluminum or copper. Both metallizations are - as explained in more detail below - by recesses in Electrodes disassembled, making a capacitor system of variable capacitive coupling arises.

Der Träger 3 bildet den Rotor und der Träger 4 den Stator des kapazitiven elektromechanischen Wandlers der eingangs erwähnten Art. Der Träger 3 ist der Speiseelektrodenträger des Wandlers.The carrier 3 forms the rotor and the carrier 4 the stator of the capacitive electromechanical transducer of the type mentioned at the beginning. The carrier 3 is the feed electrode carrier of the converter.

Wie der Figur 2 entnehmbar ist, ist seine Oberflächenmetallisierung durch die erwähnten Ausnehmungen 12,13,14 und 15 in zwei Kreisringflächen 10 und 11 zerlegt, deren Metallsierungen voneinander elektrisch isoliert sind. Die Metallisierungen beider Ringflächen sind ihrerseits durch mäanderförmig verlaufende Aussparungen 16 bzw. 17 in jeweils zwei elektrisch voneinander isolierte Teile zerlegt, die fingerförmig ineinandergreifende Elektroden bilden.As can be seen from FIG. 2, its surface metallization through the mentioned recesses 12,13,14 and 15 in two circular ring surfaces 10 and 11 disassembled, the metallizations of which are electrically isolated from one another. The metallizations Both ring surfaces are in turn formed by meandering cutouts 16 and 17 broken down into two electrically isolated parts, the finger-shaped form interdigitated electrodes.

In Figur l sind die Elektroden der Ringfläche 10 mit 2u bzw. 21 bezeichnet. Die punktiert dargestellten Elektroden stehen miteinander in elektrisch leitender Verbindung. Die elektrisch inaktive Ringfläche wird vorzugsweise auf Meßpotential gelegt.In FIG. 1, the electrodes of the ring surface 10 are denoted by 2u and 21, respectively. The electrodes shown in dotted lines are electrically conductive with one another Link. The electrically inactive ring surface is preferably at measuring potential placed.

Die Elektroden der Ringfläche 11 sind jeweils mit 16 bzw. 19 bezeichnet. Zusammengehörige Elektroden sind auf dieser Ringfläche durch eine Strichelung gekennzeichnet. Den vier Elektroden 20,21 bzw. 18,19 sind vier passendgegeneinander phasenverschobene Wechselspannungen zur Speisung des Wandlers zuzuführen. Die Zuführung erfolgt über die Bohrungen 16,23 bzw.The electrodes of the annular surface 11 are each denoted by 16 and 19, respectively. Corresponding electrodes are marked on this ring area by a dashed line. The four electrodes 20, 21 and 18, 19 are four suitably phase-shifted with respect to one another Supply alternating voltages to feed the converter. The feed takes place via the bores 16,23 resp.

27,25,24. Die Bohrungen sind in vorzugsweise rechteckförmigen Metallisierungen, die in der inaktiven Ringfläche 22, die durch die Ausnehmungen 13 und 14 elektrisch von den benachbarten Ringflächen isoliert sind, angeordnet und winklig passend gegeneinander versetzt. Im übrigen sind die Bohrungen 24, 27 und die weiternin vorgesehenen Bohrungen, die zu gleichen Elektroden gehörig sind, auf der Rückseite des Speiseelektrodenträgers über Leitungen galvanisch miteinander verbunden.27.25.24. The holes are in preferably rectangular metallizations, in the inactive ring surface 22, which is electrically through the recesses 13 and 14 are isolated from the adjacent ring surfaces, arranged and angularly matched to one another offset. Otherwise the bores 24, 27 and the further bores provided are which belong to the same electrodes, on the back of the feeder electrode holder Galvanically connected to each other via cables.

Die Figur 4 erläutert die Ausbildung einer Zuleitungsdurchführung durch das Material des Speiseelektrodenträgers. Der Figur ist entnehmbar, daß von der Rückseite des Rotors 3 in das Material dieses Teiles des Wandlers eine Ausnehmung 40 eingebracht ist, in der die Bohrung 42 gelegen ist. Durch die Bohrung 42 ist ein mit einer Lötfahne versehener Stift 41 hindurchgeführt, der mit der Metallisierung und dem aus Glas gefertigten Träger 3 durch Einkitten mit einem leitfähigem Kitt, nachfolgendes Polieren und schließlich Aufdampfen der Metallisierung, die danach in die Elektroden zerlegt wird, verbunden ist. Über die Lötfahne des Stiftes 41 kann die Metallisierung in der Ringfläche 22 mit der jeweiligen Speisespannungsquelle verbunden werden.FIG. 4 explains the design of a feed line bushing through the material of the feeding electrode carrier. The figure shows that from the back of the rotor 3 in the material of this part of the transducer a recess 40 is introduced, in which the bore 42 is located. Through the bore 42 is a pin 41 provided with a soldering tail is passed through, which is connected to the metallization and the carrier 3 made of glass by cementing with a conductive cement, subsequent polishing and finally evaporation of the metallization that follows is disassembled into the electrodes. Via the soldering lug of the pin 41 can the metallization in the ring surface 22 with the respective supply voltage source get connected.

In der Figur 3 ist zur Ergänzung eine Ausbildung des zum Rotor nach Figur 2 gehörigen Gegenelektrodenträgers dargestellt. Die Oberflächenmetallisierung des Stators 4 ist durch die dargestellten Ausnehmungen, deren Randlinien mit 30 bzw. 32,33 bezeichnet sind, in zwei Elektrodenpaare 34 bzw. 35 zerlegt. An den beiden Elektroden 34 bzw. 35 kann die Wandlerausgangsspannung abgegriffen werden. Der Abgriff der Wandlerausgangsspannung erfolgt hier durch die Bohrungen 36,37 bzw. 38, die in ähnlicher Weise, wie beschrieben, ausgebildet sind.In the figure 3 is a training for the rotor to supplement Figure 2 associated counter electrode carrier shown. The surface metallization of the stator 4 is through the illustrated recesses, the edge lines with 30 and 32, 33, respectively, are divided into two pairs of electrodes 34 and 35, respectively. On both of them Electrodes 34 and 35, the converter output voltage can be tapped. The tap the converter output voltage takes place here through the bores 36,37 and 38, respectively in a manner similar to that described.

Schutzansprüche : Protection claims:

Claims

Protection claims l) Capacitive electromechanical consisting of rotor and stator Converter, whose disc-shaped rotor and stator are slightly different from each other Face air gap and are provided with metallized surfaces in such a way that that when feeding electrodes of the stator / rotor located in this metallization with alternating voltage at counter electrodes of the rotor / stator an alternating voltage can be tapped, the phase angle with the angle of rotation between the rotor and the The stator is variable, in which the rotor and stator electrodes are concentric to the Metal insulations located on the rotor axis and those that can be fed with alternating voltage Electrodes are located on concentric ring surfaces, which are through an electrically inactive ring surface are separated, are arranged and in which furthermore the feed the converter supply voltage takes place via supply lines that run through the material of the feed electrode carrier are passed through by means of bores, characterized in that the bores (16, 23,24,25,27) are arranged in the electrically inactive ring surface (22) and so arranged at an angle to the rotor axis of rotation (l) around offset from one another are that the voltages influenced by them on the counter-electrodes are mutually exclusive compensate.

2) converter according to claim l, characterized in that in the electrical inactive ring surface (22) of the feed electrode metallization in the area of the bores located preferably rectangular metallizations are arranged with are connected to the supply voltage lead.