DE2064332A1 - Tragheitsleiteinnchtung - Google Patents

Description

Trägheitsleiteinrichtung

Die Erfindung bezieht sich, auf eine Trägheitsleiteinrichtung mit einem in einem Gehäuse untergebrachten Eotor bzw. Schwungrad, Abtastvorrichtungen zur Feststellung von Eelativbewegungen zwischen Gehäuse und Eotor bzw. Schwungrad, und mindestens einem mit den Abtastvorrichtungen in einer Servo-Schleife verbundenen Elektromagneten, dessen magnetischer HuB durch den Eotor bzw. das Schwungrad geht und welcher den Eotor bzw. das Schwungrad in Null-Stellung bezüglich des Gehäuses hält sowie aus einem Magneten und einem elektrischen, den Magneten umgebenden Leiter besteht, welcher an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist·

In der US-Patentschrift Nr. 3 O77 785 ist ein Kreisel mit einem Eotor bzw. Schwungrad geoffenbart, welcher bzw. welches von einer Antriebswelle mit einem engen Hals angetrieben wird, welcher eine drehfeste Verbindung zwischen Welle und Eotor bzw. Schwungrad vermittelt und gleichzeitig ein gegenseitiges Kippen oder Neigen derselben ermöglicht, und zwar um zur Drehachse senkrechte Koordinatenachsen. Wird der Eotor bzw. das Schwungrad mit hoher Drehzahl umlaufen gelassen, dann ergibt dies einen Kreisel mit zwei Freiheitsgraden,

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welcher bestrebt ist, im Raum dieselbe Orientierung beizubehalten, und zwar unter leichter Relativneigung oder gegenseitigem Kippen von Rotor bzw. Schwungrad und zugehörigem Gehäuse um irgendeine zur Drehachse senkrechte Achse. In der Nähe des Rotors bzw. Schwungrades sind mehrere elektrische Abtastvorrichtungen angeordnet, welche elektrische Signale hervorbringen, die der besagten Relativneigung proportional sind. Die Abtastvorrichtungen sind mit mindestens einer Stellvorrichtung in einer Servo-Schleife verbunden, welche Stellvorrichtung in Gestalt eines Elektromagneten vorliegt, welcher mit seinem magnetischen Fluß mit dem Rotor bzw. Schwungrad zusammenwirkt. Jede Stellvorrichtung wird mit den Signalen von den Abtastvorrichtungen beaufschlagt und erzeugt einen magnetischen Fluß, welcher mit dem Rotor bzw. Schwungrad zusammenwirkt, um diesen bzw. dieses in NuIl-Stellung zurückzuführen.

Es baut sich jedoch ein Restfluß in den Elektromagneten aufgrund der Hysterese auf und wird darin gespeichert, wenn der Erregungsstrom der Elektromagnete abgeschaltet wird, oder aufgrund großer und plötzlicher Relativbewegungen zwischen Rotor bzw. Schwungrad und zugehörigem Gehäuse. Infolge dieses Restflusses ist es sehr schwer, eine zuverlässige und genaue Funktionsweise der Stellvorrichtungen sicherzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es demgemäß, eine Trägheitsleiteinrichtung der eingangs angegebenen Art zu vermitteln, bei welcher die Auswirkungen des Hysterese-Restflusses vermieden sind. Demgemäß ist die erfindungsgemäße Einrichtung gekennzeichnet durch das Aufbringen eines so hohen Wechselstromes in der Nähe des Magneten, daß Hysterese-Restflußauswirkungen im Magneten ausgeschlossen sind. Vorzugsweise ist zum Aufbringen des Wechselstromes eine Wechselstromquelle vorgesehen, welche durch einen Leiter mit dem den Magneten umgebenden Lei-

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ter elektrisch verbunden ist.

Nachstehend ist eine Ausfiihrungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung in schematischer Wiedergabe;

Fig. 2 ein Schaltbild zur Einrichtung gemäß Fig. 1.

Ein Schwungrad 10 eines Kreisels gemäß der US-Patentschrift Nr. 3 077 785 ist in einem der besseren Deutlichkeit wegen teilweise weggelassenen Gehäuse 12 untergebracht und um die Drehachse SA mittels eines Motors 14 in Umlauf versetzt. Dieser ist über eine Antriebswelle 16 mit dem Schwungrad 10 verbunden. Die Welle 16 ist über nicht dargestellte Lager im Gehäuse 12 drehbar gelagert und mit einem verengten Hals 16a versehen, welcher eine drehfeste Verbindung zwischen Welle 16 und Schwungrad 10 vermittelt und zugleich ein gegenseitiges Kippen von Welle 16 und Schwungrad 10 um beide zur Drehachse SA senkrechte Koordinatenachsen ermöglicht. Wird also das Schwungrad 10 durch den Motor 14 mit hoher Drehzahl umlaufen gelassen, dann dient es als Kreisel mit zwei Freiheitsgraden, welcher dieselbe Orientierung im Baum beizubehalten bestrebt ist, trotz einer leichten Neigung oder eines leichten Verschwenkens vom Gehäuse 12 um irgendeine zur Drehachse SA senkrechte Achse als Folge von Bewegungen desjenigen Flugzeuges oder sonstigen Fahrzeuges, das damit versehen ist.

Zwei Magnete 18 und 20 sind vorgesehen, welche das Federmoment ausgleichen, welches vom Hals 16a bei Relativbewegungen zwischen dem Kreisel und seinem Gehäuse herrührt. Diese Magnete 18 und 20 sind in der Zeichnung der besseren

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Verständlichkeit wegen vergrößert wiedergegeben und mittels eines Leiters 22 als Elektromagnete ausgebildet. Der Leiter 22 ist um beide Magnete 18 und 20 herumgewickelt und wird von einer Gleichstromquelle 24- über einen Leiter 26 mit Gleichstrom gespeist, welcher Leiter 26 mit dem Leiter 22 an der Verbindungsstelle 28 vereinigt ist. Das andere Ende vom Leiter 22 ist bei 30 an Erde angeschlossen.

Zur Feinsteuerung oder -abstimmung des Kraftflusses von den Magneten 18 und 20 ist weiterhin eine zusätzliche Gleichstromquelle 32 vorgesehen, von der ein Leiter 34- ausgeht, welcher um die beiden Magnete 18 und 20 in entgegengesetzter Richtung herumgewickelt ist und dann zur Gleichstromquelle 32 zurückläuft.

An der inneren Wandung vom Gehäuse 12 sind zwei Abtastvorrichtungen 36 und 38 angebracht, welche elektrische Signale entsprechend der gegenseitigen Neigung von Schwungrad 10 und Gehäuse 12 um jede Empfindlichkeitsachse abgeben· Die Abtastvorrichtungen 36 und 38 können von bekannter Bauart sein. Gemäß Fig. 2 ist die Abtastvorrichtung 36 als Fühlspule ausgebildet, die an einen Demodulator 40 angeschlossen ist, welcher seinerseits ausgangsseitig mit dem Leiter 34 verbunden ist. Die Gleichstromquelle 32 ist gleichfalls parallel zum Demodulator 40 an den Leiter 34 angeschlossen, so daß auf bekannte Art und Weise eine Servo-Schleife gebildet ist.

Die Abtastvorrichtung 38 ist in derselben Weise angeschlossen. Darüber hinaus sind zwei ähnliche weitere Elektromagnete und Abtastvorrichtungen vorgesehen, welche einander in einer Ebene diametral gegenüberliegen, welche senkrecht zur Zeichnungsebene von Fig. 1 verläuft. Die weiteren Elektromagnete und Abtastvorrichtungen sind an eine zusätzliche Gleich-

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stromquelle auf ähnliche Art und Weise angeschlossen.

Jede gegenseitige Neigung von Schwungrad 10 und Gehäuse 12 hat also ein elektrisches Signal von den Abtastvorrichtungen 36 und 58 und eine entsprechende Veränderung des von den Magneten 18 und 20 hervorgebrachten Kraftflusses zur Folge. Da das Schwungrad 10 auch aus magnetischem Material bestehen kann, bewirkt dieser Kraftfluß ein Anziehen und Abstoßen des Schwungrades 10, welches wieder in Null-Stellung gebracht wird.

Erfindungsgemäß ist eine Wechselstromquelle 44 vorgesehen, welche ausgangsseitig über einen Leiter 46 an die Verbindungsstelle 28 angeschlossen ist. Demgemäß wird ein Wechselstromsignal dem G-leichstromsignal im Leiter 22 überlagert. Das kombinierte Signal durchläuft den Leiter 22 um die Magnete 18 und 20 herum.

Die Größe und Frequenz des Wechselstromsignals der Wechselstromquelle 44 ist so gewählt, daß die dadurch gebildete Hysterese-Schleife bezüglich jedes Elektromagneten 18 und 20 derart ist, daß sie jeden magnetischen Restfluß umschließt, welcher normalerweise im Magneten 18 bzw. 20 gegeben ist. Dessen Wirkung ist also durch den ständigen Wechsel der Magnetisierung durch das Wechselstromsignal zunichte ge-> macht. Dies deswegen, weil die Hystereseverluste als Folge des Wechselstromsignals in Form von Energie auftreten, welche zur Spannung der Kristallfragmente des Bauteils verbraucht wird, so daß sie als Wärme in Erscheinung treten.

Es werden daher verhältnismäßig geringe Mengen an gespeicherter magnetischer Energie, welche an irgendeinem Punkt des Zyklus¹ erscheinen, verloren, solange sie geringer als diejenige Energie sind, welche infolge des Wechselstrom-

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signals verbraucht wird (vgl. auch. "Electromagnets" von John D. Kraus, McGraw Hill Book Company, 1953, Seiten bis 242).

Da die infolge des Wechselstromsignals verlorene Energie genau bestimmbar ist und das System entsprechend eingestellt werden kann, werden die Wirkungen des Restflusses aufgehoben bzw. zunichte gemacht, und zwar trotz Ruhepausen oder verhältnismäßig schneller Bewegungen zwischen Schwungrad 10 und seinem Gehäuse.

Abwandlungen sind möglich. Beispielsweise kann das Wechselstromsignal mit dem Gleichstromsignal auf andere als die beschriebene Art und Weise kombiniert werden. Ferner kann das Wechselstromsignal in verschiedene Frequenzen aufgebrochen bzw. -geteilt werden.

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Claims (2)

1. - 7 -Ansprüche

   1 J Trägheitsleiteinrichtung mit einem in einem Gehäuse untergebrachten Rotor bzw. Schwungrad, Abtastvorrichtungen zur Feststellung von Relativbewegungen zwischen Gehäuse und Rotor bzw. Schwungrad, und mindestens einem mit den Abtastvorrichtungen in einer Servo-Schleife verbundenen Elektromagneten, dessen magnetischer Fluß durch den Rotor bzw. das Schwungrad geht und welcher den Rotor bzw. das Schwungrad in Null-Stellung bezüglich des Gehäuses hält sowie aus einem Magneten und einem elektrischen, den Magneten umgebenden Leiter besteht, welcher an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist, gekennzeichnet durch das Aufbringen eines so hohen Wechselstromes in der Nähe des Magneten (18 bzw. 20), daß Hysterese-Restflußauswirkungen im Magneten (18 bzw. 20) ausgeschlossen sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen des Wechselstromes eine Wechselstromquelle (44-) vorgesehen ist, welche durch einen Leiter (46) mit dem den Magneten (18 bzw. 20) umgebenden Leiter (22) elektrisch verbunden ist.

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