DE2946844A1

DE2946844A1 - Elektromagnetischer antrieb

Info

Publication number: DE2946844A1
Application number: DE19792946844
Authority: DE
Inventors: Leonard J Williams
Original assignee: Moog Inc
Current assignee: Moog Inc
Priority date: 1979-03-16
Filing date: 1979-11-20
Publication date: 1980-09-18
Also published as: JPS55125407A; GB2044461B; GB2044461A; US4251762A

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf elektromagnetische Antriebe, wie Drehmomentmotore, Tauchspulenantriebe und dergleichen, und insbesondere auf eine verbesserte Anordnung zum Erfassen der tatsächlichen Stellung eines Ankers bei einem solchen elektromagnetischen Antrieb.

Drehmomentmotore und Tauchspulenantriebe sind wahrscheinlich die besten bekannten elektromagnetischen Antriebe.

Drehmomentmotore werden gewöhnlich bei elektrohydraulischen Servoventilen zum Umformen eines elektrischen Eingangssignals in ein Drehmoment allgemein benutzt, das zum Steuern der Strömung eines hydraulischen Strömungsmittels verwendet wird. Solche Drehmomentmotore weisen allgemein einen Permanentmagneten, ein Polstück, eine Spule und einen Anker auf. Während diese Bauteile in unterschiedlicher Weise angeordnet werden können, wirkt gewöhnlich der von der Spule induzierte Fluß mit dem Fluß des Permanentmagneten zusammen, um ein änderbares Drehmoment oder eine änderbare Kraft auf den Anker auszuüben.

Eine weitere Art eines elektromagnetischen Antriebes ist die Tauchspulenanordnung, die gewöhnlich eine Spule, einen Anker und einen einen Luftspalt aufweisenden Magnetkreis umfaßt. Ein an die Spule gegebener Strom erzeugt einen Fluß in dem Luftspalt, der seinerseits eine Kraft auf den Anker ausübt.

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Oftmals soll die tatsächliche Stellung des Ankers bei solchen elektromagnetischen Antrieben festgestellt werden. So soll z.B. die Arbeitsweise des elektrischen Teils eines Ventils vor der Druckbeaufschlagung seines hydraulischen Teils geprüft bzw. bestätigt werden. Oder es soll die Stellung des Ankers während der üblichen Arbeitsweise überwacht werden, um Gerätedaten zum Bestimmen der Richtigkeit der Arbeitsweise oder zur Fehlerüberwachung in einem redundanten Steuersystem zu erzeugen. Bei einigen Anwendungen soll die Ankerstellung bestimmt werden, damit sie als ein Rückkopplungssignal zur Verbesserung der Arbeitsweise des Antriebes benutzt werden kann. In jedem Fall soll eine solche die tatsächliche Stellung des Ankers betreffende Information erhalten werden, ohne daß die übliche Arbeitsweise des Antriebes nachteilig beeinflußt wird. Es ist daher wichtig, daß ein solcher Stellungsdetektor eine nur vernachlässigbare Masse, Trägheit oder Reibung dem bewegbaren Anker zusätzlich erteilt.

Bisher wurden verschiedene Vorschläge gemacht, um die Stellung eines Ankers in einen Drehmomentmotor zu erfassen. Diese Vorschläge umfassen: (1) Befestigen von Dehnungsmessern an der einer Biegung ausgesetzten Ankerlagerung, (2) Befestigen des Kerns eines linearen, einstellbaren Differenzumformers (LVDT) oder eines Gleichstrom-Differenzumformers (DCDT) unmittelbar an dem Anker, (3) Befestigen einer Elektrode eines kapazitiven Umformers an dem Anker und (4) Erfassen des reflektierten Lichtes von einem auf den Anker gerichteten und auftreffenden Lichtstrahl . Dehnungsmesser haben sich in der Praxis wegen ihrer Brechbarkeit nicht bewährt. Die· zweiten und dritten Vorschläge erteilen dem Anker eine

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nicht tragbare zusätzliche Masse. Der vierte Vorschlag bewirkt zwar keine zusätzliche Masse oder Reibung, erfordert jedoch zusätzlichen Baum und Gewicht für die Lichtquelle und die den Strahl erfassenden Detektoren.

Besondere Ausführungsbeispiele von Drehmomentmotoren, die bei elektrohydraulischen Servoventilen benutzt werden, sind jeweils in den US-PSen 2 625 136, 2 767 689, 3 023 782, 3 4-55 330 und 3 5^2 051 beschrieben. Die Verwendung von Drehmomentmotoren bei Antriebs-Steuerventilen ist in den US-PSen 3 373 769 und 3 884 267 beschrieben.

Die Erfindung schafft eine einheitliche Verbesserung bei einem elektromagnetischen Antrieb mit einer Treiberspule, die zur Speisung mit einem Treibersignal relativ niedriger Frequenz angeordnet und zur Erzeugung eines Magnetfeldes in Abhängigkeit von dein Treibersignal ausgebildet ist, sowie einen Luftspalt und einen Anker aufweist, der in dem Luftspalt angeordnet ist und von dem Magnetfeld bewegt wird.

Die Verbesserung schafft eine Fühleinrichtung zum Erfassen der Stellung des Ankers. Ganz allgemein umfaßt die Fühleinrichtung einen Oszillator zum Erzeugen eines Trägersignals relativ hoher Frequenz, eine Summiereinrichtung zum Überlagern des Trägersignals auf das Treibersignal und zum Zuführen dieser überlagerten Signale an die Treiberspule, eine Detektoreinrichtung, mit der der Fluß in dem Luftspalt erfaßbar ist und in der Signale zu induzieren sind, die die gleiche Frequenz wie das Treiber- und Trägersignal und Amplituden haben, die die Stellung des Ankers angeben, sowie eine Trenneinrichtung, mit der das induzierte Signal hoher Frequenz von dem induzierten Signal niedriger Frequenz trennbar ist, wodurch die

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Amplitude des getrennten induzierten Signals hoher Frequenz die tatsächliche Stellung des Ankers angeben kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Fühleinrichtung zum Erfassen der tatsächlichen Stellung des Ankers bei einem elektromagnetischen Antrieb zu schaffen, die keine zusätzliche Masse dem Anker erteilt und die Ankerstellung während des normalen Betriebs des elektromagnetischen Antriebs überwachen kann.

Erfindungsgemäß wird also eine Anordnung geschaffen, mit der die tatsächliche Stellung eines Ankers bei einem elektromagnetischen Antrieb, wie einem Drehmomentmotor, einem Tauchspulensystem oder dergleichen, festzustellen ist. Ein Oszillator erzeugt ein Trägersignal relativ hoher Frequenz, das einem Befehlssignal relativ niedriger Frequenz überlagert wird, das einer Treiberspule zugeführt wird. Detektorspulen sind in einem magnetischen Kreis derart angeordnet, daß in diesen Signale induziert werden, die die gleiche Frequenz wie die überlagerten Signale haben. Die Amplitude der induzierten Signale ändert sich mit der Stellung des Ankers. Das induzierte Signal hoher Frequenz wird getrennt und demoduliert, um ein Ausgangs signal zu erzeugen, das die tatsächliche Stellung des Ankers angibt.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der verbesserten Fühleinrichtung in Verbindung mit einem zweistufigen elektrohydraulisehen Servoventil, das einen zweiseitigen Drehmomentmotor hat,

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Fig. 2 einen Vertikalschnitt des in Fig. 1 gezeigten Servoventils, der insbesondere die Lage der Detektorspulen in der Nähe der Luftspalte zeigt,

Fig. 3 einen seitlichen Vertikalschnitt in Blickrichtung des Servoventils, der im wesentlichen längs der Linie 3-3 in Fig. 2 verläuft,

Fig. M- eine perspektivische Darstellung des zweiseitigen " Drehinoinentinotors, wobei Teile fortgebrochen sind, um den Anker klarer zu zeigen,

Fig. 5 eine schematische Ansicht des zweiseitigen Drehmomentmotors ,

Fig. 6 ein Blockschaltbild der verbesserten Fühleinrichtung in Verbindung mit einem einstufigen elektrohydraulischen Servoventil, das einen einseitigen Drehmomentmotor hat,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den in Fig. 6 gezeigten Drehmomentmotor,

Fig. 8 einen Vertikalschnitt in Längsrichtung des Drehmomentmotors im wesentlichen längs der Linie 8-8 der Fig. 7,

Fig. 9 einen seitlichen Vertikalschnitt des Drehmomentmotors im wesentlichen längs der Linie 9-9 in Fig. 7,

Fig. 10 einen seitlichen Vertikalschnitt in Blickrichtung des einstufigen Servoventils im wesentlichen längs der Linie 10-10 der Fig. 8, der hauptsächlich den Strömungsablenker zeigt,

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Fig. 11 eine perspektivische Darstellung des einseitigen Drehmomentmotors und

Pig. 12 eine schematische Darstellung des einseitigen Drehmomentmotors.

Vorab ist darauf hinzuweisen, daß gleiche Bezugszeichen die gleichen Bauelemente und/oder Konstruktionen bei allen Figuren der Zeichnung bezeichnen, wobei diese Bauelemente und/oder Konstruktionen anhand der gesamten Beschreibung näher erläutert und beschrieben werden, wobei diese detaillierte Beschreibung als eine Einheit anzusehen ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, schafft die Erfindung allgemein eine verbesserte Fühleinrichtung, von der ein gegenwärtig bevorzugtes Ausführungsbeispiel allgemein bei 10 gezeigt ist, un die tatsächliche Stellung eines Ankers bei einem elektromagnetischen Antrieb zu erfassen. Der Ausdruck "elektromagnetischer Antrieb" wird hier in allgemeiner Weise für einen Mechanismus benutzt, bei dem ein Anker in Abhängigkeit von einem Magnetfeld bewegt wird. Viele unterschiedliche Arten von Drehaomentmotoren, Tauchspulensystemen und dergleichen fallen also unter den allgemeinen Ausdruck "elektromagnetischer Antrieb". Solche elektromagnetischen Antriebe werden allgemein als Erstantriebe benutzt, um eine Kraft oder ein Drehmoment zu erzeugen, das zum Ausführen einer Bewegung ausgenutzt wird. Besondere Ausführungsbeispiele solcher Drehmomentmotore und Antriebs-Steuerventile sind in den TJS-Psen

2 625 136, 2 76? 689, 3 023 782, 3 4-55 330, 3 5^2 051,

3 373 769 und 3 884- 267 gezeigt und beschrieben, wobei die Offenbarung dieser Druckschriften als zusätzliche Offenbarung hier eingeführt wird.

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Die in Fig. 1 gezeigte verbesserte -⁷HhIeinrichtung 10 weist einen Oszillator 11, der ein i'rägersignal relativ hoher Frequenz erzeugt, eine 5ummie.reinrich.tung 12, die das Trägersignal e einem Treibersi ;nal e relativ niedriger Frequenz überlagert und diese überlagerten Signale Treiberspulen 13, 14 eines ^lektronagnetischen Antriebs 15 zuführt, eine Detektoreinrichtung 16, die den Fluß in einem Luftspalt 18 erfaßt und in der Signale induziert werden, die die gleiche -'requenz wie das Trägerund Treibersignal hat und deren Amplituden die tatsächliche Stellung eines Ankers 19 angeben, d"?r in dem Luftspalt zwischen den Treiberspulen und der Detektoreinrichtung angeordnet ist, sowie eine Trenneinrichtung 20 auf, die zur Trennung dieses induzierten Trö.j;ersignals hoher Frequenz von dem induzierten Treibjrsignal niedriger Frequenz bewirkt. Das getrennte induzierte Signal hoher Frequenz kann zur Angabe der tatsächlichen Stellung des Ankers in bezug auf die Detektoreinrichtung benutzt werden.

Der in Fig. 1 gezeigte elektromagnetische Antrieb ist ein Drehmomentmotor eines zweistufigen elektrohydraulischen Servoventils des "Düsen- und Klappen-Typs", das allgemein mit 21 bezeichnet ist und einen elektrischen Teil 22 sowie einen hydraulischen Teil 23 hat. Dieser Typ eines Servoventils ist im einzelnen in der zuvor erwähnten US-PS 3 023 782 gezeigt und beschrieben. Der Ausgang des hydraulischen Teils des Servoventils ist mit einem Kolben und Zylinder aufweisenden Servomotor 24 verbunden, der seinerseits eine Last bewegt.

Im einzelnen wird das Gleichspannungs-Befehlssignal e relativ niedriger Frequenz an einen Verstärker 25 ge- , geben, der auch ein negatives Rückkopplungssignal e_f von einem Stellungsumfonner, wie einem Potentiometer 26,

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erhält, das mit der Kolbenstange des hydraulischen Servomotors verbunden ist. Das Befehlssignal e gibt die gewünschte Stellung der Kolbenstange und das negative Rückkopplungssignal e~ gibt deren tatsächliche Stellung an. Der Verstärker 25 gibt die Differenz zwischen dem Befehls- und dem Rückkopplungs-Signal als ein Fehleroder Treibersignal e an die Summiereinrichtung 12, die

ein Suimtiierverstärker sein kann. Das Wechselspannungsträgersignal relativ hoher Frequenz, das von dem Oszillator 11 erzeugt wird, wird ebenfalls an den Summierverstärker gegeben, der das Fehler- und das Träger-Signal einander überlagert und diese überlagerten Signale an die in Reihe geschalteten Treiberspulen 13» 14- des Drehmomentmotors gibt. Das Befehlssignal e ist ein sich änderndes Gleich-Spannungssignal und hat in typischer Weise eine relativ niedrige Frequenz in der Größenordnung von 0 bis 200 Hz. Der Oszillator 11 erzeugt ein WechselSpannungssignal relativ hoher Frequenz, die in typischer Weise in der Größenordnung einer Dekade oder noch höher ist als die Frequenz des Befehlssignals. Liegt daher die Frequenz des Befehlssignals in der Größenordnung von 0 bis 200 Hz, so liegt die Frequenz des Trägersignals in der Größenordnung von 2 K Hz bis 20 K Hz. Da die Trägerfrequenz die Ansprechfrequenz des Ventils übersteigt, spricht das Servoventil nicht auf das von dem Oszillator 11 erzeugte Signal an.

Die Detektoreinrichtung 16 umfaßt vier Spulen 16a, 16b, 16c und 16d, die in zwei getrennten und gegensinnig in Reihe geschalteten Paaren angeordnet sind. Die Detektorspulen 16a und 16b bilden daher ein erstes zusammenwirkendes Paar und die Detektorspulen 16c und 16d bilden ein zweites zusammenwirkendes Paar. Die Spulen eines jeden zusammenwirkenden Paars sind in der Nähe des Luftspaltes 18 ange-

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ordnet, tun die Stellung des Ankern l.i erfassen. Die überlagerten Fehler- und Trägersirmle, die den Treiberspulen 131 14· des Drehmomentmotor^ zugeführt werden, induzieren Signale gleicher Frequenz in den Detektorspulen. Jedoch wird die Stellung des Ankern 19 die Amplitude dieser induzierten Signale modifizieren.

Die Trenneinrichtung 20 umfaßt ein H:chpaßfilter 28, einen phasenempfindlichen Demodulator 2 ·· und ein Tiefpaßfilter Die in den Detektorspulen induzierten Signale werden an das Filter 28 gegeben, das das induzierte Treibersignal relativ niedriger Frequenz ausfiltert und das induzierte Signal relativ hoher Frequenz hindurchläßt. Das induzierte Signal hoher Frequenz wird dann an den ph?-gen empfindlichen Demodulator und das Tiefpaßfilter gegeben, das seinerseits ein Gleichspannungs-Ausgangssignal eräugt, das die Ankerstellung durch Amplitude und Größe angibt. Je mehr die Detektorspulen in gleicher Weise wie die Sekundärspulen eines linearen veränderlichen Difierenzumformers (LVDT) arbeiten, umsomehr wird sich das d?r> phasenempfindlichen Demodulator zugeführte Gleichspanrmngs-Ausgangssignal linear mit der Ankerstellung ändern.

Bei der verbesserten Fühleinrichtung 10 wird also ein Trägersignal, das eine relativ hohe Frequenz hat, die die dynamische Ansprechempfindlichkeit des elektromagnetischen Antriebes übersteigt, einem normalen Treibersignal relativ niedriger Frequenz überlagert, das den Treiberspulen zugeführt wird. Das Treibersignal erzeugt einen Fluß in dem Luftspalt, der eine Bewegung des Ankers relativ zum ortsfesten Ständer des Drehmomentmotors bewirkt. Zusammengefasste Signale, die gleiche Frequenz wie die überlagerten Signale haben, werden in den Detektorspulen induziert. Die Amplitude der induzierten Signale gibt die Ankerstellung

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innerhalb des Luftspalts an. Das induzierte Signal hoher Frequenz wird von dem induzierten Signal niedriger Frequenz getrennt und dann in ein Gleichspannungs-Ausgangssignal umgeformt, das sich im wesentlichen proportional mit der Ankerstellung ändert. Die Größe und Polarität des Gleichspannungs-Ausgangssignals gibt daher die tatsächliche Stellung des Ankers an. Ein einheitliches Merkaal der verbesserten Fülleinrichtung liegt darin, daß die tatsächliche Stellung des Ankers kontinuierlich überwacht werden kann, wenn der Anker nach Maßgabe des Treibersignals während des normalen Betriebs des Antriebes bewegt wird.

Der konstruktive Aufbau des Servoventils, das schematised in Fig. 1 gezeigt ist, ist im einzelnen in den Fig. 2 bis gezeigt. Da dieses Servoventil sehr ausführlich in der zuvor erwähnten US-PS 3 023 782 beschrieben ist, ist zum Zwecke der Erläuterung der Detektorspulen die gesamte Beschreibung im Hinblick auf dieses etwas gekürzt.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, hat das Servoventil 21 ein Gehäuse 30, das mit einer zylindrischen Kammer versehen ist, in der ein Ventilschieber 31 mit vier Bunden gleitend gelagert ist. Der Boden des Gehäuses 30 ist mit vier öffnungen versehen, von denen eine eine Druckzuführungsöffnung P, eine weitere eine Rücklauföffnung B und die übrigen beiden ein Paar von zusammenwirkenden Steueröffnungen C^. und Cp sind, die zur Steuerung der Strömungsinittelströmung an den hydraulischen Servomotor 24 benutzt werden können. An das Ventil über die Druckzuführungsöffnung P zugeführtes hydraulisches Strömungsmittel wird durch die öffnungen 32a, 32b den linken und rechten Endkammern 33a, 33b für den Ventilschieber zugeführt und wird durch linke und rechte Düsen 34-, 35 hindurch, gegen

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entgegengesetzte Seiten einer Klappe 36 abgegeben. Diese Klappe ist ein starres rohrförmiges Teil und hat einen Anker 38, der an ihrem oberen Ende angeordnet ist. Der hydraulische Teil dieses Ventils ist mit Hilfe eines biegbaren Eohrteils 39 gegenüber dem elektrischen Teil isoliert, auf dem das obere Ende des Anker-Klappen-Teils befestigt ist. Ein Federdraht 40 bewirkt eine mechanische Rückkopplung zwischen dem Ventilschieber und dem Anker-Klappen-Teil.

Wie in den Fig. 2 bis 5 gezeigt ist, weist der Drehmomentmotor 41 ein Paar von vorderen und rückwärtigen, in horizontaler Richtung beabstandeten Permanentmagneten 42, 43 (Fig. 3) auf, die zwischen einem Paar von in vertikaler Richtung beabstandeten oberen und unteren Polplatten 44, 45 wirkungsmäßig angeordnet sind. Die zugeordneten Enden der Polplatten sind aufeinanderzu gebogen, un voneinander beabstandete und einander zugewandte Polstücke zu bilden, wobei das an der linken Seite mit 46 und das an der rechten Seite mit 48 angegeben sind. Diese linken und rechten Polstücke 46, 46 und 48, 48 bilden zwischen sich jeweils linke und rechte Luftspalte 49 und 50· Linke und rechte Treiberspulen 51» 52 umgeben den Anker 38 und sind zwischen den Polplatten an entgegengesetzten Seiten der Klappe angeordnet. Wie dieses schematisch in Fig. 1 gezeigt ist, können diese zwei Treiberspulen zueinander in Reihe angeordnet sein. Der Anker 38 hat linke und rechte Randplattenteile 53, 54, die jeweils in den linken und rechten Luftspalten 49, 50 angeordnet sind. Es kann ein geeignetes elektrisches Treibersignal an die Treiberspulen gegeben werden, um ein magnetisches Feld in den Luftspalten zu erzeugen, wodurch wahlweise der Anker entweder gegen oder in Richtung des Uhrzeigersinns bewegt wird. Diese Schwenkbewegung des

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Ankers bewirkt die Annäherung der Klappe an eine der Düsen und die Entfernung von der jeweils anderen, wodurch, ein Druckunterschied in den Endkaaimern für den Ventilschieber erzeugt und der Ventilschieber in der jeweiligen Richtung verschoben wird, um eine Strömungsverbindung durch die Ventilsteueröffnungen C^ und Op zu bewirken. Eine vollständigere Beschreibung des Aufbaus und der Arbeitsweise dieses Servoventils kann der zuvor erwähnten US-PS 3 023 782 entnommen werden.

Der in den Fig. 2 bis 5 gezeigte Drehmomentmotor 41 ist gegenüber den in der US-PS 3 023 782 gezeigten etwas modifiziert, um das Vorsehen von vier Detektorspulen 55» 56, 58 und 59 zu ermöglichen, die um die Polstücke in der Nähe der Luftspalte angeordnet sind. Im einzelnen umfaßt ein erstes zusammenwirkendes Paar von Detektorspulen 55» 56 die linken Polstücke, um den Fluß in den linken Luftspalten 49 zu erfassen. In gleicher Weise umfaßt das zweite zusammenwirkende Paar von Spulen 58, 59 die oberen und unteren rechten Polstücke, um den Fluß in den rechten Luftspalten 50 zu erfassen. Die Spulen eines jeden zusammenwirkenden Paars sind entgegengesetzt zueinander in Reihe geschaltet, so daß bei einem Zusammenrücken des zugeordneten Ankerplattenteils und eines Polstückes das in der benachbarten Spule induzierte Signal in dem Maße bevorzugt wird,wie das Zusammenwirken auftritt. Auf diese Weise arbeitet jedes zusammenwirkende Paar von Detektorspulen in Form der Sekundärspulen eines linearen einstellbaren Differenzumfonners. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß, wenn der Anker um eine ideale "Totpunkts"-Achse bewegbar gelagert ist, seine Plattenteile 53» 5^ in idealer Weise und gleich von den diametral gegenüberliegenden Polstücken beabstandet sind. Jedoch wird diese Schwenkbewegung des Ankers

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durch ein Biegen des biegbaren Rohrteils 39 begleitet. Die wirksame Achse für diese Schwenkbewegung des Ankers fällt daher nicht mit einer idealen "Totpunkts"-Stelle zusannnen. Obwohl jedoch gegenwärtig die Benutzung zweier zusammenwirkender Paare von Detektorspulen bei dem in Fig. 1 gezeigten Drehmomentmotor bevorzugt wird, kann eines dieser Paare fortgelassen werden, wenn dieses gewünscht wird.

Die Anwendung einer verbesserten Fühleinrichtung in Verbindung mit einem Servoventil des "Düsen- und Düsenablenk-Typs" ist in den Fig. 6 bis 12 gezeigt. Dieses Servoventil wird als ein sogenannter einstufiger Typ bezeichnet, da nur ein hydraulischer Verstärker, d.h. der Düsenablenker, anstelle von zwei vorgesehen ist, wie dieses bei dem Düsen-Klappen-Typ und dem Ventilschieber des in Fig. 1 gezeigten Servoventils der Fall ist. Ein Servoventil des "Düsen- und Düsen-Ablenkungs-Typs" ist im einzelnen in der zuvor erwähnten US-PS 3 y\2 051 gezeigt und beschrieben. Während die verbesserte Fühleinrichtung einem in den Fig. 1 bis gezeigten "zweiseitigen Drehmomentmotor" zugeordnet war, ist in Verbindung mit dem in den Fig. 6 bis 12 gezeigten Ventil ein "einseitiger Drehmomentmotor" gezeigt.

In Fig. 6 ist ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fühleinrichtung 60 gezeigt, die einen Oszillator 61 zum Erzeugen eines Trägersignals relativ hoher Frequenz, eine Summiereinrichtung 62 zum Überlagern des Trägersignals e auf ein Ventilbefehlsoder Treibersignal e und zum Zuführen der überlagerten Signale an die Treiberspule 63 des Drehmomentmotors und eine Detektoreinrichtung 64 zum Erfassen des Flusses in einem Luftspalt 65 aufweist, in der Signale induziert sind, die die gleiche Frequenz wie das überlagerte Treiber- und

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Trägersignal jedoch Amplituden hat, die die Stellung eines Ankers 66 angeben. Die in- der Detektoreinrichtung induzierten Signale werden wiederum der TrenneinTicktung 68 zugeführt, die ein Hochpaßfilter 69» einen phasen— empfindlichen Demodulator 70 und ein Tiefpaßfilter 77~ aufweist. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist das Ausgangssignal des phasenempfindlichen Demodulators und des Tiefpaßfilters ein Gleichspannungssignal, dessen Größe und Polarität die tatsächliche Stellung des Ankers in bezug auf die Detektoreinrichtung angibt.

Der einseitige Drehmomentmotor 7^ weist, wie in den Fig. 7 bis 12 dargestellt ist, eine Grundplatte 72 mit einem zentrischen Kern 73t der von dieser sich nach oben erstreckt, eine um den Kern gewickelte Treiberspule 7^·, linke und rechte Permanentmagnete 75» 76, die auf der Grundplatte angeordnet sind, sowie linke und rechte Polplatten 78,79 auf, die an den Magneten befestigt sind und deren nach innen gerichtete Stirnflächen so angeordnet sind, daß sie einander beabstandete, einander zugewandte linke und rechte Polstücke 80, 81 bilden. Der Abstand zwischen den Polstücken 80, 81 und den Anker 83 bildet Luftspalte 82a, 82b. Der Anker 83 ist in seiner Lage durch zwei biegsame Rohrteile 84-, 85 gehalten, die dem länglichen Anker eine Vor- und Rückwärtsbewegung zum benachbarten Polstück (Fig. 9) in Abhängigkeit von einem Magnetfeld ermöglichen, das von der Treiberspule 7*»· erzeugt wird. Ein zusammenwirkendes Paar von linken und rechten Detektorspulen 85» 86 sind jeweils um die Polstücke 80, 81 gewickelt. Wie am besten aus den Fig. 7 und 10 zu erkennen ist, kann eines oder mehrere Enden des Ankers mit einem Ablenker 88 versehen sein, der zu*- sammen mit dem Anker sich bewegen kann, um einen Strömungsmittel strom abzulenken und proportional zu teilen, der von

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einer druckbeaufschlagten Düse 89 zwischen zwei Aufnahm ebohrun gen 90, 91 abgegeben wird, um die gewünschte Strömung durch das Servoventil zu bewirken. Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Detektorspulen 85, 86 entgegengesetzt in Reihe geschaltet und wirken in der gleichen Weise wie die Sekundärspulen eines linearen einstellbaren Differenzumformers. Während die in den Detektorspulen induzierten Signale eine Frequenz identisch zu der der überlagerten Treiber- und Trägersignale hat, die der Treiberspule zugeführt sind, geben die Amplitude und Polarität dieser induzierten Signale die Stellung des Ankers in bezug auf die Polstücke an.

Der Fachmann erkennt, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne daß der allgemeine Erfindungsgedanke verlassen würde. So kann z.B. die verbesserte Fühleinrichtung anderen Typen von Drehmomentmotoren, einer Vielzahl unterschiedlicher Tauchspulenantriebe und anderer elektromagnetischer Betätigungsglieder und Antriebe zugeordnet werden. Ob ein oder mehrere zusammenwirkende Paare von entgegengesetzt in Reihe geschalteten Detektorspulen benutzt werden, ist eine Frage der gewählten Auslegung in Abhängigkeit von der Art der Ankerbewegung, der Symmetrie und des Aufbaus des elektromagnetischen Antriebes und der gewünschten Größe des induzierten Signals. In gleicher Weise sind die besondere Ausbildung und die Anordnung dieser Detektorspulen Merkmale, die in das freie Ermessen des Fachmannes gesetzt werden. Bei der verbesserten Fühleinrichtung bewirkt die Treiberspule zwei Funktionen, nämlich zuerst, ein ausreichend großes Magnetfeld zu erzeugen, um den Anker in der gewünschten Weise zu bewegen, und andererseits um Signale in den Detektorspulen zu induzieren. Es wird auch bevorzugt, daß die Frequenz des Trägersignals die Ansprech'frequenz des Servoventils

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oder des elektromechanischen Antriebes soweit übersteigt, daß sie, wenn überhaupt, eine vernachlässigbare Wirkung auf das Ansprechvermögen des Ventils oder Antriebes hat. Obwohl vorgeschlagen wurde, daß eine solche Trägerfrequenz in der Größenordnung eines Faktors von zehn oder mehr die maximale Frequenz des Befehlssignals für den Antrieb übersteigt, kann die besondere Frequenzbeziehung zwischen dein Träger- und Treibersignal vom Fachmann in einfacher Weise geändert werden.

Obwohl daher zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der verbesserten Fühleinrichtung gezeigt und beschrieben wurden und auch verschiedene Modifikationen von ihnen erläutert wurden, erkennt der Fachmann sofort, daß verschiedene zusätzliche Änderungen und Modifikationen vorgekommen werden können, ohne daß dadurch der allgemeine Erfindungsgedanke verlassen würde, wie er in den vorstehenden Patentansprüchen angegeben ist.

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L e e r s e i t e

Claims

15- November 1979 P 14 424 - 52/hb

Moog Inc., Proner Airport,

East Aurora, New York 140^2, U.S.A.

Elektromagnetischer Antrieb

Patentansprüche

( 1.!Elektromagnetischer Antrieb mit einer mit einem Treibersignal relativ niedriger Frequenz gespeisten Treiberspule,
die aufgrund des Treibersignals ein Magnetfeld erzeugt, mit einem Luftspalt und mit einem Anker, der einen in Luftspalt angeordneten Teil hat und mit Hilfe des Magnetfeldes bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Fühleinrichtung (10, 60) zum Erfassen der Stellung des Ankers (19, 38; 66, 83) vorgesehen ist, die einen Oszillator (11, 61) zum Erzeugen eines Trägersignals relativ hoher Frequenz, eine Summiereinrichtung (12, 62) zum Überlagern des Träger- und
Treibersignals und zum Zuführen der überlagerten Signale an die Treiberspule (13, 14; 63), eine den Fluß in dem Luftspalt erfassende Detektoreinrichtung (16, 64), in der Signale

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induziert werden, deren Frequenz gleich, der des Treiber- und Trägersignals sind und deren Amplitude die Stellung des Ankers angibt, und eine Trenneinrichtung (20, 68) aufweist, die ein solches induziertes Signal hoher Frequenz vom induzierten Signal niedriger Frequenz trennt, wodurch die Amplitude des so getrennten Signals hoher Frequenz die Stellung des Ankers angibt.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektor einrichtung (16, 64) zwei Detektorspulen (16a bis 16d» 64) aufweist.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorspulen (16a bis 16d; 64) entgegengesetzt in Reihe geschaltet sind.

4. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Suamiereinrichtung (12, 62) ein Summierverstärker ist.

5- Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die_%Trenneinrichtung (20, 68) einen Hochpaßfilter (28, 69) und einen Demodulator (29, 70) aufweist.

6. Antrieb nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Hochpaßfilter (28, 69) frequenzempfindlich und der Demodulator (29, 70) phasen empfindlich ist.

7· Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß er ein Drehmomentmotor (15» 71) ist.

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