DE3522300A1

DE3522300A1 - Elektromagnetische servoeinheit

Info

Publication number: DE3522300A1
Application number: DE19853522300
Authority: DE
Inventors: Yasuo Shimizu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1984-06-22
Filing date: 1985-06-21
Publication date: 1986-01-02
Also published as: FR2566551A1; US4656409A; DE3522300C2; GB2161031B; GB8515808D0; GB2161031A

Description

Elektromagnetische Servoeinheit

¹^ Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Servoeinheit. Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektromagnetische Servoeinheit der Art,bei der ein Eingangsdrehmoment elektromagnetisch und servogesteuert ausgegeben werden soll.

Dieneisten herkömmlichen Servosysteme, beispielsweise diejenigen, die im Zusammenhang mit Leistungssteuersystemen für Kraftfahrzeuge angewendet werden, werden hauptsächlich unter Anwendung eines hydraulischen Mechanismus gebildet. 25

Ein derartiges herkömmliches hydraulisches Servosystem, wie es im Zusammenhang mit einem Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge angewendet wird, enthält eine Einrichtung, in der Hydrauliköl von einer hydraulischen Pumpe unter Druck in ein Servobetätigungsglied, wie beispielsweise einen hydraulischen Leistungszylinder oder einen hydrau-, lischen Servomotor gegeben wird, um eine Servosteuerung für das Eingangsdrehmoment von einem Steuerrad zu bewirken, um eine gesteuerte Ausgangsleistung für ein zu betätigendes Betriebselement in Übereinstimmung mit dem Betriebszustand des Steuerrades zu erhalten.

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In einem derartigen hydraulischen Servosystem bestehen jedoch Probleme dahingehend, daß eine hydraulische Pumpe normalerweise unabhängig davon in Betrieb gesetzt wird, ob eine effektive Eingangsleistung von einem Steuerrad vorliegt oder nicht. Aus diesem Grunde wird unnötig . Leistung verbraucht. Ein weiteres Problem besteht darin, daß nicht wenige Komponententeile, wie ein Betätigungsglied, eine hydraulische Pumpe, ein Steuerventil und ein Ö!reservoir,angewendet werden müssen, die in ihrer Gesamtheit relativ viel Raum benötigen. Dadurch ergeben sich bei einem Versuch einen kompakten, leichten und kostengünstigen Aufbau zu erhalten, Schwierigkeiten.

Um die zuvor geschilderten Probleme zu überwinden, wurden bereits eine Anzahl von elektromagnetischen Servosystemen vorgeschlagen. Beispielsweise geht aus der US-PS 2 754 eine Anordnung hervor, in der ein elektromagnetisches Servosystem im Zusammenhang mit einem Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge angewendet wird. Gemäß dieser US-PS enthält das elektromagnetische Servosystem einen Gleichstrommotor, der koaxial auf einer Steuerwelle angeordnet ist, die zwischen einem Steuerrad als ein Eingangsglied des Leistungssteuersystems und einem Zahnrad bzw. einem Getriebe als ein Ausgangsglied angeordnet ist. Ein Drehmomentsensor in der Form eines bekannten Dehnungsmessers ist an der Steuerwelle befestigt. Der Drehmomentsensor ermittelt ein vom Steuerrad an die Steuerwelle angelegtes Drehmoment, um dadurch den Gleichstrommotor zu steuern.

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Obwohl in einem gewissen Ausmaße durch diese Anordnung j

herkömmliche Probleme des hydraulischen Servosystems wirksam gelöst wurden, geht aus der US-PS nicht ausreichend hervor, in welcher Weise der Drehmomentsensor in gc der Form eines Dehnungsmessers vor Störungen, die beispielsweise durch Staub, Feuchtigkeit und äußere Kräfte

bewirkt werden, geschützt wird.

Außerdem erfolgt in dem elektromagnetischen Servosystem die Leistungsunterstützung durch das Drehmoment vom Gleichstrommotor direkt an der Steuerwelle. Der Motormuß daher eine hohe Ausgangsleistung aufweisen und groß bemessen sein, so daß das gesamte System relativ groß ist. Außerdem sind in dem elektromagnetischen Servosystem der Drehmomentsensor in der Form des Dehnungsmessers und ein Begrenzungsschalter zur Ermittlung der Richtung der in der Steuerwelle entwickelten Spannung bzw. Belastung auf der Steuerwelle im Hinblick auf den Gleichstrommotor an einem getrennten Punkt angeordnet. Außerdem ist an einer von der Steuerwelle getrennten Stelle ein Verstärker mit einer Leistungseinheit vorgesehen, der Signale vom Drehmomentsensor und vom Begrenzungsschalter aufnimmt, um das Ausgangsdrehmoment des Gleichstrommotors zu steuern. Das Gesamtsystem ist daher kompliziert.

Andererseits wurde ein weiteres elektromagnetisches Servosystem in der japanischen Offenlegungsschrift 58-141963 vorgeschlagen. Das elektromagnetische Servosystem gemäß dieser Druckschrift, das im Zusammenhang mit einem Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge angewendet wird, weist einen elektromagnetischen Motor, der koaxial auf einer Ritzelwelle eines Leistungssteuersystems der Art eines Zahnstangengetriebes angeordnet ist, und ein Planetengetriebe auf, das koaxial auf der Ritzelwelle angeordnet ist. Durch das Getriebe wird die Drehgeschwindig-

OQ keit der Ausgangsleistung des Motors reduziert, bevor sie an die Ritzelwelle angelegt wird, so daß das Drehmoment der an die Ritzelwelle angelegten Ausgangsieistuna umso mehr verstärkt wird, je größer die Geschwindigkeit der Übersetzung durch das Planetengetriebe ist.

—Χ—

In dem elektromagnetischen Servosystem gemäß der genannten japanischen Offenlegungsschrift wird durch die Vorsehung des Planetengetriebes als ein Untersetzungsgetriebe erreicht, daß kein Motor mit einer so hohen Ausgangsleistung verwendet werden muß.

Bei dem elektromagnetischen Servosystem der japanischen Offenlegungsschrift sind jedoch ein Drehmomentdetektor zur Ermittlung des an die Ritzelwelle, die als ein Glied an der Eingangsseite dient, angelegten Drehmomentes und ein Steuermechanismus, der ein Ermittlungssignal vom Detektor aufnimmt, um das Ausgangsdrehmoment des Motors zu steuern, in Bezug auf den elektromagnetischen Motor getrennt angeordnet. Als Ergebnis ist dieses Servosystem ebenso wie das Servosystem der oben genannten US-PS in Bezug auf Störungen empfindlich und zudem kompliziert aufgebaut.

Zudem wird in dem Servosystem gemäß der japanischen Offenlegungsschrift der elektromagnetische Motor derart gesteuert, daß er immer ein Ausgangsdrehmoment aufweist, das proportional zum Steuerdrehmoment ist, das an die Ritzelwelle von einem Steuerrad angelegt wird. Dadurch wird ein unnötiger Leistungsverbrauch bewirkt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Servosystem anzugeben, das die Probleme der herkömmlichen elektromagnetischen Servosysteme nicht aufweist.

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Servoein-

heit mit einem äußeren Gehäuse, einer ersten und einer zweiten Welle, die beide drehbar in dem Gehäuse gelagert sind, einem elektrischen Motor mit einem Anker, der kogg axial und drehbar um die zweite Weüüe angeordnet ist, einer Feldspule, die in dem Gehäuse angeordnet

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ist, einer Einrichtung zur Ermittlung des an die erste Welle oder die zweite Welle angelegten Drehmomentes, einer Steuereinrichtung, die ein Ermittlungssignal von der Einrichtung zur Ermittlung des Drehmomentes empfängt, um den Betrieb des elektrischen Motores zu steuern, und einem Übertragungsmechanismus zur Übertragung der Drehkraft des Ankers des elektrischen Motores, wobei die Einrichtung zur Ermittlung des Drehmomentes in dem Gehäuse angeordnet ist und die erste Welle und die zweite Welle wechselseitig betätigbar in dem Gehäuse 1 durch die Einrichtung zur Ermittlung des Drehmomentes miteinander verbunden sind.

Vorzugsweise sind die erste Welle und die zweite Welle koaxial zueinander in dem Gehäuse gelagert und umfaßt die Einrichtung zur Ermittlung des Drehmomentes einen Bereich der ersten Welle in dem Gehäuse, einen Bereich der zweiten Welle in dem Gehäuse, eine zwischen dem zuvor genannten Bereich der ersten Welle und dem zuvor genannten Bereich der zweiten Welle angeordnete elastische Einrichtung, eine elektrische Widerstandsanordnung, die an der ersten Welle oder der zweiten Welle befestigt ist, und eine Bürste, die an der zweiten Welle oder der ersten Welle befestigt ist und in einen Kontakt mit dem elektrischen Widerstandsglied gezwungen werden kann. Die elektrische Widerstandsanordnung kann mit der Bürste zusammenwirken, um einen Betriebssteuerkreis des elektrischen Motores zu schließen, wenn eine relative Winkelverschiebung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle entsteht, die einen vorbestimmten Winkelbereich

3Q überschreitet.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektromagnetische Servoeinheit anzugeben, in der ein Drehmomentsensor wirksam vor Störungen geschützt werden gcj kann, die beispielsweise durch Staub, Feuchtigkeit und äußere Kräfte bewirkt werden.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektromagnetische Servoeinheit anzugeben, die einfach und wirksam in einer kompakten und leichtgewichtigen Form aufgebaut ist, wodurch eine billige Eerstellung möglich ist. Gleichzeitig soll die erfindungsgemäße Servoeinheit die notwendigen Funktionen in einer ausreichenden Form ausführen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektromagnetische Servoeinheit anzugeben, durch die ein unnötiger Leistungsverbrauch wirksam unter bunden werden kann.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltun gen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Servoeinheit, wobei

ein Viertel weggeschnitten ist;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II der Figur 1 ;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III der Figur 1;

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines wesentlichen Bereiches, der eine Schleifringanordnung eines elektrischen Motores der elektromagnetischen Servoeinheit der Fig. 1

enthält;

Fig. 5 ein Schaltbild eines Betriebssteuerkreises eines elektrischen Motores der elektromagnetischen 3g Servoeinheit der Fig. 1;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines wesentlichen Bereiches der ersten Welle der elektromagnetischen

Servoeinheit der Figur 1;

Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Leistungssteuersystemes mit der elektromagnetischen Servoeinheit der Fig. 1;

Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine zweite

Ausfuhrungsform der Servoeinheit, wobei ein Viertel weggeschnitten ist; und . Fig. 9 ein Schaltbild eines Betriebs- IQ steuerkreises für einen elektri

schen Motor der elektromagnetischen Servoeinheit der Fig. 8.

In der Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein zy]indrisehes, äußeres Gehäuse einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Servoeinheit 100 bezeichnet. Das Gehäuse 1 besteht aus einem äußeren Bügel bzw. Joch 3, in den ein Gleichstrommotor 2 eingebaut ist, einem ersten Gehäusebereich 7, der ein Kupplungsteil 6 aufnimmt, das zwischen einer ersten Welle 4 und einer zweiten Welle 5 angeordnet ist, und einem zweiten Gehäusebereich 10, in dem ein Untersetzungsgetriebe 8 und ein ein Drehmoment übertragendes Teil 9 zwischen der zweiten Welle 5 und dem Gleichstrommotor 2 vorgesehen ist. Der zweite Gehäusebereich 10, der ebenfalls im wesentlichen zylindrisch ist, weist einen kreis- bzw. ringförmigen Deckel 11 auf, der in die linke Öffnung des zweiten Gehäusebereiches 10 eingepaßt ist. Die zweite Welle 5 ist in ihrem linken Bereich drehbar durch ein Lager 12 gelagert, das in dem mittleren Teil des Deckels 11 angeordnet ist. In ihrem rechten Bereich ist die zweite Welle 5 in einem weiteren Lager 13 gelagert, das in einem Bereich angeordnet ist, der weiter links liegt als der in Längsrichtung gesehene innere Endbereich der ersten Welle 4. Die erste Welle 4 und die zweite Welle 5 sind koaxial im Gehäuse 1 angeordnet. Am rechten Ende der ersten Welle 4 und am

-/ί-linken Ende der zweiten Welle 5 ist jeweils eine Kerbverzabnuno 4a,5a vorgesehen, durch die eine Befestigung dieser Enden an entsprechenden, damit verbundenen externen Teilen, die nicht dargestellt sind, sichergestellt wird.

Der linke Bereich der ersten Welle 4 weist, wie dies aus der Figur 6 ersichtlich ist, die Form eines zylindrischen Bereiches 4b auf, der sich nach links öffnet, wobei der Bereich 4b eine seitliche Kontur besitzt, die durch ein Paar von Sektoreinschnitten 28, 28 bestimmt wird, die in Bezug auf die Achse der Welle 4 symmetrisch zueinander liegen. Der linke zylindrische Bereich 4b der Welle 4 besteht aus einem Bereich 4c mit einem großen Durchmesser, der die Einschnitte 28 aufweist, und einem angrenzenden Bereich 4d mit einem kleinen Durchmesser, wobei zwischen dem Bereich 4d mit dem kleinen Durchmesser und dem rechten Bereich der Welle4,der die Kerbverzahnun-■gen 4a aufweist, ein konischer Bereich 4e ausgebildet ist.

An der rechten Endöffnung des ersten Gehäusebereiches ist zwischen dem Innenumfang des Gehäusebereiches 7 und dem Außenumfang des Bereiches 4d mit dem kleineren Durchmesser der ersten Welle 4 ein Lager 14 angeordnet, das die erste Welle 4 koaxial zur zweiten Welle 5 ausgerichtet hält.

Der Gleichstrommotor 2 besteht aus einer Kombination eines symmetrisch angeordneten stationären Satzes von bogenförmigen Magneten 15, 15 als ein Feld, die an dem Innenumfang des Joches 3 befestigt sind und einem Anker 20 als Rotor, der an einem zylindrischen Körper 17 befestigt ist, der durch ein Lagerpaar 16, 16 auf dem mittleren Bereich derzweiten Welle 5 gelagert wird und sich um die zweite Welle 5 drehen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Paar von Magneten 15, 15 vorgesehen.

Der Anker 18 umfaßt, wie dies deutlich in der Figur 3 dar gestellt ist, einen geschichteten Stahlkern als Ankerkern 19, der an dem zylindrischen Körper 17 befestigt ist Der Kern 19 weist eine gerade Anzahl (im dargestellten Beispiel 8) von relativ langen axialen Schlitzen 19a -auf, die entsprechend einer Teilung entlang des Außenumfanges des Kernes 19 voneinander beabstandet sind. Außerdem weist der Anker 18 eine Mehrzahl von Leitern als eine Ankerwicklung 20, die so aufgewickelt sind, daß sie in den Schlitzen 19a angeordnet sind, und einen Kommutator

21 auf, der in eine geeignete Anzahl von Segmentpaaren (im Beispiel 4) geteilt ist, die am Außenumfang des rechten Endbereiches des zylindrischen Körpers 17 montiert sind. Der Kommutator 21 ist mit der Windung 20 derart verbunden, daß ein Kommutatorsegment eines Paares von KummatorSegmenten zu einem Ende irgendeiner Leiterspule führt und das andere Kommutatorsegment des Paares zu dem anderen Ende der Leiterspule führt. Für die Kummutation im Zusammenhang mit dem Kommutator 21 ist eine geeignete Anzahl von Bürsten 23 (im Beispiel 2) vorgesehen, wobei jede Bürste jeweils in einen Bürstenhalter

22 gleitbar eingepaßt ist, von denen dieselbe Anzahl vorgesehen ist. Jeder Bürstenhalter 22 beherbergt eine Schraubenfeder 24, die einen Druck auf eine entsprechende Bürste 23 ausübt, so daß diese gleitbar auf den Kommutator 21 gedrückt wird. Die Bürstenhalter 22 sind symmetrisch derart angeordnet, daß sie durch eine isolierende Schicht 26 an einer ringförmigen Platte 25 befestigt sind, die am linken Ende des ersten Gehäusebereiches 7 vorgesehen ist.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung kann der Gleichstrommotor 2 so modifiziert werden, daß er eine vergrößerte Anzahl von Feldmagneten, d.h. von Polen, aufweist. Bei einer derartigen Abänderung kann vorzugsweise ein Kommutator verwendet werden,der in eine vergrößerte An-

* zahl von Segmenten geteilt ist, wobei eine entsprechende Änderung der Verbindung zu einer Ankerwicklung erforderlich ist, um wirksam ein Drehmoment erzeugen zu können. Im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung sind zahlreiche Modifikationen entsprechend freiwilliger Änderungen der Polanzahl oder dergl. möglich. Zum leichteren Verständnis wird darauf jedoch nicht besonders Bezug genommen.

An dem inneren Ende der zweiten Welle 5, d.h. am rechten Ende dieser Welle, die in dem Lager 13 innerhalb des zylindrischen linken Bereiches 4d der ersten Welle 4 gehalten wird, ist ein Eingriffsteil 27 an die linke Endfläche des Lagers 13 angrenzend angepaßt, das sich ganz nahe am rechtesten Ende der zweiten Welle 5 befindet.

Wie dies in der Figur 2 dargestellt ist, weist die zweite Welle 5 in dem Bereich, in dem das Eingriffsteil 27 aufgepaßt ist, im Querschnitt eine Kreisform auf, die an beiden Seiten beschnitten ist, so daß sich das Teil 27 einstückig damit dreht. Das Teil 27 ist dagegen derart symmetrisch aufgebaut, daß es ein Paar von Sektorarmen 27a, 27a aufweist.

Wie dies außerdem aus der Figur 2 hervorgeht, in der die erste Welle 4 eine Position aufweist, inder sie gegenüber der Figur 6 um 90° um die Achse verdreht ist, ist jeder Arm 27a jeweils in einem mittleren Bereich in einem der Sektoreinschnitte 28 in dem zylindrischen Bereich 4b der ersten Welle 4 enthalten, wobei zwischen jeder der beiden sich radial erstreckenden Seitenflächen der Arme 27a und der entsprechenden Seitenfläche der Einschnitte 28 eines von vier Sektorgummistücke 29 eingeführt ist, um einen dazwischen vorhandenen Umfangsspalt auszufüllen. Die Stücke 29 können auch aus irgendeinem anderen gummiehn.l ichen elastischen Material bestehen, so daß keine Beschränkung auf Gummi gegeben ist. Der Grad der Elastizität

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dieses Materials kann auch in einer geeigneten Weise bestimmt werden.

An dem rechten Bereich der zweiten Welle 5 ist zwischen dem Eingriffsteil 2 7 und dem Lager 16, das das rechte-Ende des zylindrischen Körpers 17 hält, eine Schleifringanordnung 30 angeordnet, die als ganzes zylindrisch aufgebaut ist.

Wie dies am besten aus der Figur 4 hervorgeht, umfaßt die Schleifringanordnung 30 ein zylindrisches isolierendes Teil 31, ein Paar von ringähnlichen Kupferplatten 32, 33 als Schleifringe, von denen jede in den Außenumfang eines axialen Mittelteiles des isolierenden Teiles 31 eingelegt ist, wobei die Kupferplatten 32, 33 in axialer Richtung des Teiles 31 voneinander beabstandet sind, und ein Paar von gebogenen Kohleplatten 34, 35 als Widerstandssegmente, die in den Umfang eines rechten Endbereiches in der Nähe des Mittelteiles der rechten Kante des Teiles 31 eingelegt sind. Die Kohleplatten 34, 35 sind in Bezug auf die Achse des Teiles 31 symmetrisch angeordnet, so daß der rechte Endbereich des Teiles 31 ein Paar von radial freiliegenden Sektorbereichen 31a, 31b aufweist, von denen jeder derart gestreckt ist, daß er einen vorbestimmten Winkel oL des ümfanges zwischen den Kohlenplatten 34, 35 bestimmt. Durch die Anordnung verläuft ein Leitungsdraht 32a für eine elektrische Verbindung zwischen der Kupferplatte 32 und der Kohleplatte 34 und ein weiterer Leitungsdraht 32b für die Verbindung zwischen der Kupferplatte 33 und der Kohleplatte 35. Die Leitungsdrähte 32a, 32b sind mit den in, ümfangsrichtunc gesehen mittleren Teilen der Kohleplatten 34,35 jeweils verbunden. In der Figur 4 sind diese Verbindungen zum leichteren Verständnis in der Form von externen Drähten dargestellt. Mit der Schleifringanordnung 30 wirkt ein Paar von Bürsten 36 und 37 zusammen, die auf die Anordnung gedrückt werden, so daß

sie einen Gleitkontakt mit den Kupferplatten 32, 33 aufweisen. Jede der Bürsten 36, 37 ist jeweils gleitbar in einem Halter eines Paares von Bürstenhaltern 39 eingepaßt, von denen einer in der Figur 1 dargestellt ist, . und die durch eine isolierende Schicht 38 an der rechten Seite der ringförmigen Platte 25 befestigt sind. Jeder Bürstenhalter 39 nimmt eine Feder 40 eines Paares von Schraubenfedern 40 auf, von denen eine in der Figur 1 dargestellt ist, um normalerweise die Bürsten 36, 37 gegen die Kupferplatten 32, 33 vorzuspannen. Außerdem werden die Bürsten, von denen eine in der Figur 1 dargestellt ist, eines symmetrisch vorgesehenen weiteren Bürstenpaares 41, 42 gegen die Anordnung 30 derart gedrückt, daß ein Gleitkontakt mit den Kohlenplatten 34, besteht, wie dies für eine Kommutation erforderlich ist, wenn sich die Anordnung 30 dreht. Jede der Bürsten 34, 3 ist jeweils gleitbar in einen Halter eines Paares von Bürstenhaltern 43,, von denen einer in er Figur 1 dargestellt ist, eingepaßt, wobei jeder Halter jeweils an der rechten Seite durch eine isolierende Schicht eines Paares von isolierenden Schichten 47 an einer entsprechenden linken Endfläche 4f, 4f, von denen beide in der Figur 4 dargestellt sind, des Bereiches 4c mit dem großen Durchmesser des zylindrischen Bereiches 4b der ersten Welle 4 befestigt ist. Jeder Halter der Bürstenhalter 4 3 beherbergt eine Schraubenfeder 44 eines Paares von Schraubenfedern, von denen eine in der Figur 1 dargestellt ist, um normalerweise die Bürsten 41, 42 gegen die Anordnung 30 vorzuspannen. Die Schleifringanordnung 30 ist als Ganzes an der zweiten Welle 5 derart befestigt, daß dann., wenn die Servoeinheit 100 nicht in Betrieb ist, wobei kein Drehmoment an die erste Welle 4 oder die zweite Welle 5 angelegt wird, die Bürsten 41, 42, die mit den Koh}eplatten 34, 3 5 zusammenwirken, auf die in Umfangsrichtung gesehen mittleren Bereiche der radial freiliegenden Sektorbereiche 31a, 31b des isolierenden Teiles

gedrückt werden.

Wie dies in der Figur 5 schematisch dargestellt ist, weist die Servoeinheit 100 zur Betätigung und zur Steuerung der Ausgangsleistung des Gleichstrommotores 2 einen elektrischen Steuerkreis C auf, der die Bürsten 23, 23; 36, 37 und 41, 42 als wesentliche Steuerelemente enthält und in dem die Bürste 36, die die Kupferplatte 32 als den linken Schleifring berührt, über einen Leistungsschalter 45 mit einem positiven Anschluß einer Gleichstromquelle 46 verbunden ist, die Bürste 37, die die Kupferplatte 33 als rechten Schleifring berührt, über Erde mit einem negativen Anschluß der Leistungsquelle 46 verbunden ist und die Bürsten 41, 42, die mit den Kohlenplatten 34, 35, die als ein Widerstandssegmentpaar vorgesehen sind, zusammenwirken, jeweils mit einer der Bürsten 23, 23 verbunden sind, die den Kommutator 21 berühren.

Der Steuerkreis C kann vorzugsweise durch einen gegenseitigen Austausch zwischen den Bürsten 36, 37 und 41, 42 modifiziert werden, so daß die Bürsten 41, 42 mit dem negativen und positiven Anschluß der Leistungsquelle 46 und die Bürsten 36, 37 mit den Bürsten 23, 23 verbunden sind. Eine derartige Abänderung ist insbesondere im Hinblick auf die Verdrahtung besser herstellbar, die zwischen den Bürsten 36, 37 und 23, 23 gut ausgeführt werden kann.

Bei einem abgeänderten Beispiel der oben beschriebenen QQ Ausführungsform kann die Schleifringanordnung 30 an der ersten Welle 4 montiert sein, wohingegen die Bürsten 41, 42 dann an der zweiten Welle 5 befestigt sind.

In der Figur 1 enthält das in dem zweiten Gehäusebereich 10 vorgesehene Untersetzungsgetriebe ein erstes Planetengetriebe, das ein erstes Sonnenrad 47, das am linken Ende

-Μ Ι des Außenumfanges des zylindrischen Körpers 17 ausgebildet ist, ein erstes ringförmiges Zahnrad 48, das am rechten inneren Umfang des zweiten Gehäusebereiches 10 ausgebildet ist, und drei erste PlanetenZahnräder 49, von denen eines in der Figur 1 dargestellt ist, die so angeordnet sind, daß sie zwischen dem ersten Sonnenrad 47 und dem ringförmigen Zahnrad 48 angeordnet sind, aufweist. Das Untersetzungsgetriebe 8 weist außerdem ein zweites Planetengetriebe auf, das ein zweites Sonnenrad 51, das koaxial zum linken Bereich der zweiten Welle' 5 angeordnet und lose darauf aufgepaßt ist, daß es eine freie Drehung ausführen kann, ein zweites ringförmiges Zahnrad 52, das auf dem linken inneren Umfang des zweiten Gehäusebereiches 10 angeformt ist und drei zweite Planetenzahnräder 53 aufweist, von 'denen eines in der Figur 1 dargestellt ist, und die so angeordnet sind, daß sie zwischen dem zweiten Sonnenrad 51 und dem ringförmigen Zahnrad 52 angeordnet sind. Jedes Zahnrad der ersten PlanetenZahnräder 49 ist jeweils auf eines von drei ersten Planetenlagern 50, von denen eines in der Figur 1 dargestellt ist, aufgepaßt, von denen jedes von einem von drej radial vorstehenden Armen 51a_f von denen einer in der Figur 1 dargestellt ist, des zweiten Sonnenrades 51 gehalten wird. Jedes der zweiten Planetenzahnräder 53 ist auf eines von drei zweiten Elanetenlagern 54, von denen eines in der Figur 1 dargestellt ist, aufgepaßt, von denen jeweils eines von einem von drei axialen VorSprüngen 55a gehalten wird, von denen einer in der Figur T dargestellt ist und die auf der rechten Seite einer Scheibenplatte 55 angeformt sind, die durch eine Kerbver-

3Q zahnung auf der zweiten Welle aufgepaßt ist, um sich zusammen mit dieser zu drehen. Das derart aufgebaute Untersetzungsgetriebe 8 ermöglicht wirksam, daß relativ hohe Drehzahlen des Ankers 18 auf relativ niedrige Drehzahlen der Scheibenplatte 55 untersetzt werden, wie dies gefordert ^wird-

An den mittleren Bereich der Scheibenplatte 55 ist ein röhrenförmiger Bereich 55b angeformt, der durch eine Kerbverzahnung auf der zweiten Welle 5 derart befestigt ist, daß dann, wenn sich die zweiten Planetenzahnräder.53 um die zweite Welle 5 drehen, die Scheibenplatte 55 sich ebenfalls dreht und gleichzeitig ein Drehmoment des Motors 2 zur zweiten Welle 5 überträgt.

Bei der zuvor beschriebenen Anordnung werden der erste Gehäusebereich 7 und der zweite Gehäusebereich 10 unter Anwendung des dazwischen vorgesehenen Joches 3 dadurch miteinander verbunden, daß sie durch eine angemessene Anzahl von langen Bolzen 56, die symmetrisch in Bezug auf die Achse des Gehäuses 1 vorgesehen sind, aneinander be- !5 festigt werden. Eei der vorliegenden Ausführungsform sind ein Paar von Bolzen 56 vorgesehen, wie dies in der Figur dargestellt ist. In der Figur 3 sind die Bolzen 56 links und rechts dargestellt. Jeder Bolzen 56 verläuft von einem geeigneten Seitenbereich des ersten Gehäusebereiches 7 OQ zu einem entsprechenden Seitenbereich des zweiten Gehäusebereiches 10.

Im folgenden wird nun die Funktion der elektromagnetischen Servoeinheit 100 erläutert.

Die Beschreibung erfolgtzuerst im Zusammenhang mit einem Anwendungsfall, in dem die erste Welle 4 als eine Eingangswelle und die zweite Welle 5 als eine Ausgangswelle dient.

QQ Es wird nun angenommen, daß der Leistungsschalter 4 5 geschlossen ist.. Außerdem wird nun vorausgesetzt, daß sich die Servoeinheit 100 in einem Zustand befindet, in dem ein äußeres Drehmoment vorgegeben ist, um die Eingangswelle 4 beispielsweise entgegen dem Uhrzeigersinn oder in der

„ρ- Richtung des Pfeils K der Figur 2 zu drehen. Dadurch wird bewirkt, daß die Bürsten 41, 42, die an den linken End-

flächen 4f, 4f des Bereiches 4c mit dem großen Durchmesser des linken zylindrischen Bereiches 4b der Eingangswelle 4 befestigt sind, sich in die Richtung K drehen. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß im . Zusammenhang mit den Sektorarmen 2 7a, 27a, die in den Einschnitten 28, 28 des Bereiches 4c mit dem großen Durchmesser erhalten sind, die Gummistücke 29 lediglich ein Drehmoment der Eingangswelle 4 auf die Arme übertragen können.

Unter dieser Bedingung dreht sich die Ausgangswelle 5, während die durch die Ausgangswelle 5 zu tragende Last relativ klein ist, im wesentlichen zusammen mit der Eingangswelle 4, wobei entsprechende durch Nachgiebigkeit bedingte Deformationen der Gummistücke 29 relativ klein gehalten werden, so daß die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 in einem vorbestimmten Winkelbereich gehalten wird, in dem jede der am Umfang der Eingangswelle 4 befestigten Bürsten 41, 42 daran gehindert wird, in einen Kontakt mit einer entsprechenden Kohleplatte 34, 35, der als Widerstandssegmente der Schleifringanordnung 30 dienenden Kohlenplatten 34, 35 zu treten, die an der Ausgangswelle 5 befestigt sind. Aus diesem Grunde wird verhindert, daß der Gleichstrommotor 2 startet, ohne daß ein Gleichstrom in die Ankerwicklung 20 eingegeben wird. Als Ergebnis wird das extern auf die Eingangswelle 4 ausgeübte Drehmoment im wesentlichen direkt durch die Gummistücke 29 zur Ausgangswelle 5 übertragen.

Wenn andererseits die Last an der Ausgangswelle 5 größer wird, dreht sich die Ausgangswelle 5 nicht im Einklang mit der Eingangswelle 4 und es wird zwischen den Wellen eine größere Phasenverzögerung entwickelt. Die relative Winke!verschiebung zwischen den Wellen und die durch die Nachgiebigkeit verursachten Deformationen der Gummistücke

29 werden daher entsprechend vergrößert. Insbesondere überschreitet die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 den vorbestimmten Winkelbereich, wenn ein vorbestimmter Wert für die Last an . der Ausgangswelle 5 überschritten wird. Auf diese Weise werden die Bürsten 41, 42 jeweils in einen Kontakt zu den Kohlenplatten 34, 35 gebracht. Wie dies aus der Figur ersichtlich ist, werden daher eine durch den Entwurf bedingte Anzahl von Leiterspulen der Ankerwicklung 20 mit den Enden ihrer einen Seite über eine der Bürsten 23, die Bürste 41, die Kohlenplatte 34, den Kupferring 32, die Bürste- 36 und den Leistungsschalter 45 mit dem positiven Anschluß der Leistungsquelle 46 und an den Enden der anderen Seite über die andere der Bürsten 23, die Bürste 42, die Kohlenplatte 35, den Kupferring 33, die Bürste 37 und Masse mit dem negativen Anschluß der Leistungsquelle 46 verbunden, so daß ein elektrischer Strom von der Leistungsquelle 46 in die Wicklung 20 gesendet wird, der bewirkt, daß der Anker 18 sich in derselben Richtung wi^e die Eingangswelle 4 dreht. Mit anderen Worten entwickelt der Gleichstrommotor 2 ein elektromagnetisches Drehmoment in derselben Drehrichtung wie die Eingangswelle 4, das zusätzlich über das Untersetzungsgetriebe 8 an die Ausgangswelle 5 angelegt wird, die auf diese Weise ein größeres Drehmoment als das extern auf die Eingangswelle 4 einwirkende Drehmoment empfängt. Das elektromagnetische Drehmoment wird nur entwickelt, während die Bürsten 41, 42 in einem Kontakt zu den Kohleplatten 34, 3 5 gehalten werden. Der Gleichstrommotor 2 beendet die Entwicklung des Drehmomentes, wenn der Kontakt zwischen den Bürsten 41, 42 und den Kohlenplatten 34, 35 bei einer Änderung der relativen Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5unterbrochen wird. Wenn in diesem Zusammenhang die Anlegung des externen Drehmomentes an die Eingangswelle 4 unterbrochen wird, verursachen die Gummistücke 29, die normalerweise Widerstandskräfte

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-ΜΙ auf das Einrückteil 27 ausüben, daß die Eingangswelle 4 zu einer ursprünglichen Position zurückkehrt, bei der der Kontakt zwischen den Bürsten 41, 42 und den Kohlenplatten 34, 35 unterbrochen ist. Auf diese Weise wird der Stromfluß unterbrochen, was zur Beendigung des Betriebes des Motores 2 führt.

Wenn bewirkt wird, daß die Eingangswelle 4 sich mit dem an sie angelegten externen Drehmoment in einem Ausmaß

"LQ dreht, daß die relative WinkelverSchiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 den vorbestimmten Winkelbereich überschreitet, nimmt der Gleichstrommotor seinen Betrieb auf, um ein zusätzliches Drehmoment elektromagnetisch zu entwickeln, durch das die Ausgangswelle

jK 5 der Drehung der Eingangswelle 4 folgt, so daß die Ausgangswelle 5 ein verstärktes gesteuertes Drehmoment erhält.

Wenn die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangs-2Q welle 4 und der Ausgangswelle 5 bei der Zunahme der Last an der Ausgangswelle 5 weiter vergrößert wird, werden die jeweiligen Kontaktbereiche zwischen den Bürsten 41, 42 und den Kohlenplatten 34, 35 vergrößert. Daneben werden die Widerstände der Leitungsdrähte 32a, 32b, die mit den 2g in Umfangsrichtung gesehen mittleren Bereichen der Kohleplatten 34, 35 verbunden sind, in Bezug auf die Bürsten 41, 42 jeweils verkleinert, wobei der elektrische Strom zur Ankerwicklung 20 vergrößert wird. Es ist daher möglich, das Drehmoment durch den Motor 2 in Übereinstimmung ,-Q mit der Last an der Ausgangswelle 5 zu vergrößern.

Derartige Effekte der oben beschriebenen Art können in ähnlicher Weise selbst dann erreicht werden, wenn die Eingangswelle 4 in der entgegengesetzten Richtung des _g5 Pfeiles K der Figur 2 gedreht wird.

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Als eine Folge davon kann die bisher beschriebene elektromagnetische Servoeinheit 100 auch so angewendet werden, daß die zweite Welle 5 als eine Eingangswelle und die erste Welle 4 als eine Ausgangswelle verwendet werden.

Bei einer derartigen Anwendung beginnt der Motor 2 ein Drehmoment zu entwickeln, um dadurch die Eingangswelle 5 zu unterstützen, wenn bewirkt wird, daß die relative Winke !verschiebung zwischen der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 4 einen vorbestimmten Winkelbereich bei der Zunahme der Größe der Last an der Ausgangswelle 4 über einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Das Prinzip der Funktion der Servoeinheit 100 in diesem Fall ergibt sich leicht aus der voranstehenden Beschreibung und wird nicht ausführlich, erläutert.

Im Zusammenhang mit dem Fall, bei dem die zweite Welle 5 als eine Eingangswelle verwendet wird, wobei das vom Motor 2 entwickelte Drehmoment an die Eingangswelle 5 angelegt wird, kann es jedoch ratsam sein darauf hinzuweisein, daß das gesamte an die Ausgangswelle 4 angelegte Drehmoment über die Gummistücke 29 ausgeübt werden muß.

Die Figur 7 zeigt ein schematisches Bild eines Leistungssteuersystemes für Kraftfahrzeuge, das aus der Kombination eines bekannten Steuersystemes und der obigen elektromagnetischen Servoeinheit besteht, die im Konzept ausgeführt ist und so angewendet wird, daß die zweite Welle 5 als eine Eingangswelle und die erste Welle 4 als eine Ausangswelle verwendet werden. Mit 57 ist ein Steuerrad des Steuersystems bezeichnet. Das Steuerrad 57 ist mit der Eingangswelle 5 der Servoeinheit verbunden. Mit 61 ist ein bestimmtes Betätigungsglied bezeichnet, bei dem es sich beispielsweise um eine Ritzelwelle eines Zahnstangengetriebes des Systems handelt. Das Glied 61

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ist mit der Ausgangswelle 4 der Einheit verbunden. Zwischen der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 4, genauer gesagt zwischen einem Endbereich 65 der Eingangswelle 5 und einem gegenüberliegenden Endbereich 64 der Ausgangs-. welle 4 ist ein Drehmomentsensor 58 angeordnet, der e-ine Funktion der Drehmomentübertragung erfüllt. Der Sensor entspricht der Kombination der Sektorarme 27a, 27b und der Gummistücke 29. Ein derartiger Sensor kann jedoch auch aus anderen,geeigneten Einrichtungen bestehen. Zur Steuerung der elektromagnetischen LeistungsunterStützung wird ein Sensorsignal zum elektrischen Motor 2 zurückgekoppelt, auf dessen Ausgangswelle ein Zahnrad 60 montiert ist,das mit einem anderen Zahnrad 59 kämmt, das auf der Eingangswelle 5 befestigt ist. Die Zahnräder 60 und 59 entsprechen dem ersten und zweiten Planetengetriebe des Untersetzungsgetriebes 8. Wenn ein am Kupplungsteil 6 entwickeltes Drehmoment zwischen der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 4 durch den Drehmomentsensor 58 ermittelt wird, wird der elektrische Motor 2 in Antwort darauf betätigt, um ein zusätzliches Drehmoment an die Eingangswelle 5 anzulegen. Dadurch erhält die Ausgangswelle 4 ein Drehmoment, das größer ist als das Drehmoment, das ohne den Motor 2 erzeugt würde.

Bei dem zuvor erwähnten Leistungssteuersystem wird ein zusätzliches Drehmoment an die Eingangswelle 5 angelegt, während durch den Drehmomentsensor 58 ein repräsentativer Wert, wie beispielsweise der absolute Wert eines an der Ausgangswelle 4 entwickelten Drehmomentes, ermittelt wird, so daß selbst bei kleinen bzw. feinen Lastschwankungen, die sonst Störungen der Drehmomentausgangscharakteristiken bewirken würden, eine gesteuerte Leistungsunterstützung erzielt werden kann, durch die ein an der Eingangswelle 5 entwickeltes Drehmoment so verstärkt wird, daß es in einer stabilen Weise zur Ausgangswelle 4 übertragen wird.

U " 3522300 -«τι Beim Leistungssteuersystem der Figur 7 wird außerdem dann, wenn die relative Winke!verschiebung zwischen der Eingangswelle 5 und der Ausgangswelle 4 bei der Vergrößerung der Last an der Ausgangswelle 4 über eine vorbestimmte . Phasendifferenz vergrößert wird, proportional eine Vergrößerung der entsprechenden Kontaktbereiche zwischen den Bürsten 41, 42 und den Kohlenplatten 34, 35 und eine Abnahme der entsprechenden Widerstände zwischen den Bürsten 41, 42 und den Leitungsdrähten 32a, 32b bewirkt. Dadurch wird der elektrische Strom zur Ankerwicklung 20 vergrößert, so daß das durch den Elektromotor 2 erzeugte Drehmoment in Antwort auf die Zunahme der Last an der Ausgangswelle 4 größer wird.

Aus der voranstehenden Beschreibung geht hervor, daß erfindungsgemäß eine elektromagnetische Servoeinheit durch einen Mechanismus zur Ermittlung eines Drehmomentes, das an einer Eingangswelle angelegt wird, und außerdem durch einen Steuermechanismus, der mit dem Mechanismus zur Ermittlung des Drehmomentes zusammenarbeiten kann, um von diesem ein Signal zur Steuerung eines Ausgangsdrehmomentes eines elektrischen Motores zu empfangen, in der Form von einfach aufgebauten Komponententeilen ergänzt wird. Der Aufbau der Servoeinheit selbst ist daher zusätzlich zu der Tatsache, daß der Mechanismus zur Ermittlung des Drehmomentes wirksam gegen Staub, Feuchtigkeit und externe Kräfte und dergl., die sonst Störungen verursachen könnten, geschützt ist, vorteilhaft vereinfacht. Eine Ausführungsform kann auch im Zusammenhang mit Anwendungsfällen der Einheit an speziellen Stellen, wie beispielsweise zwischen einem Steuerrad und einer Ritzelwelle eines Steuersystem mit einem Zahnstangengetriebe für Kraftfahrzeuge verwendet werden.

Außerdem kann der Elektromotor seinen Betrieb nur dann aufnehmen, wenn eine Ausgangswelle eine Last aufnimmt,

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die einen vorbestimmten Wert überschreitet. Dadurch wird ein unnötiger Leistungsverbrauch verhindert.

Der vereinfachte Aufbau des Mechanismus zur Ermittlung . des Drehmomentes ermöglicht erfolgreich eine sichere Ausführung und ein schnelleres Ansprechen der Servoeinheit.

Außerdem wird die Ausgangsleistung des Elektromotors in einer reduzierten Form über ein Planetengetriebe angelegt. Dadurch wird der Gebrauch eines kleinbemessenen, leichten, billigen Elektromotors mit einer niedrigen Ausgangsleistung ermöglicht, die in Bezug auf den Betriebsstrom klein veranschlagt ist, wohingegen letztlieh ein hohes Ausgangsdrehmoment erzeugt wird.

Außerdem greift die Eingangswelle im wesentlichen direkt an der Ausgangswelle an, ohne daß ein eigener Sicherheitsmechanismus vorgesehen werden muß.

Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße elektromagnetische Servoeinheit nicht auf ein Steuersystem für Kraftfahrzeuge beschränkt ist, sondern im Zusammenhang mit irgendeinem anderen System angewendet werden kann,in dem nötigenfalls ein Drehmoment an der Ausgangsseite benötigt wird, das größer ist als das Drehmoment an der Eingangssseite.

In der Figur 8, die eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der elektromagnetischen Servoeinheit als ein modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei ein Viertel weggeschnitten ist, bezeichnet das Bezugszeichen 200 die gesamte Servoeinheit, in der eine elektromagnetische Kupplung 280 zwischen einer zweiten Welle 5 und einer Scheibenplatte 255 angeordnet ist, die drehbar drei zweite

Plahetenzahnräder 58 eines Untersetzungsgetriebes 8 trägt. Es wird darauf hingewiesen, daß bei der zweiten Ausführungsform gleiche Bezugszeichen Teile bezeichnen, die den entsprechenden Teilen der ersten Ausführungsform .. ähneln. Der Aufbau und die Funktion der Servoeinheit-200 der Figur 8 ähnelt dem Aufbau und der Funktion der Servoeinheit 100, die im Zusammenhang mit der Figur 1 bis 6 erläutert wurde. Dies gilt für den Raum von der ersten Welle 4 bis zum Untersetzungsgetriebe 8 und betrifft insbesondere die erste Welle 4, ein Kupplungsteil 6, das als Drehmomentwandler zwischen der ersten Welle 4 und der zweiten Welle 5 funktioniert, eine Schleifringanordnung 30, einen Gleichstrommotor 2 und das Untersetzungsgetriebe 8.

In der Servoeinheit 200 wird die Scheibenplatte 255, die in einem zweiten Gehäuse 210 vorgesehen ist und die Planetenzahnräder 53 drehbar halten kann, an einem mittleren Bereich durch ein Lager 270 drehbar gelagert, das auf die zweite Welle 5 so aufgepaßt ist, daß Drehungen mit einer hohen Geschwindigkeit eines Ankers 18 untersetzt werden können, wie dies gefordert wird, um die Scheibenplatte 255 mit den gewünschten niedrigen Geschwindigkeiten zu drehen. Die Scheibenplatte 255 weist auf ihrer linken Seite eine Mehrzahl von Blattfedern 271 auf, von denen jede jeweils an ihrem einen Ende befestigt ist und mit ihrem anderen Ende an einer ringförmigen anziehbaren Kupplungsplatte 272 befestigt ist. Diese wird daher normalerweise durch die Blattfedern 271 gegen die Scheibenplatte 255 vorgespannt . Um einen erforderlichen Spalt zwischen der Kupplungsplatte 2 72 und der Scheibenplatte 255 sicher zu stellen, ist eine Mehrzahl von elastischen Teilen 273, die aus einem Gummimaterial bestehen, zwischen den Platten angeordnet und an der Scheibenplatte 255 befestigt.

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An der linken Seite der Scheibenplatte 255 ist ein Drehteil 274 um die zweite Welle 5 herum vorgesehen und an dieser befestigt. Das Teil 274 weist eine ringförmige Vertiefung 275 auf, die sich nach links öffnet. In der ring-.förmigen Vertiefung 275 ist eine Spule 276 lose eingepaßt, die eine ringförmige Vertiefung aufweist, die sich nach rechts öffnet. Die Spule 276 ist mit ihrer linken Seite an der rechten Seite eines kreisförmigen Deckels 11 befestigt. In die ringförmige Vertiefung der Spule 276 ist ein Solenoid 277 mit mehreren Spulen eingebaut.

Wenn das Solenoid 277 nicht erregt ist, wird verhindert, daß die Kupplungsplatte 272 das Drehteil 274 berührt und daher von diesem getrennt ist, so daß die elektromagnetische Kupplung 280 unwirksam ist. Im Gegensatz dazu wird die Kupplungsplatte 272 in einen Kontakt zum Drehteil 274 gebracht und eingerückt, wenn das Solenoid 277 erregt wird. Die Kupplung 280 wird dann wirksam.

Wie dies in der Figur 9, die eine schematische Darstellung der elektrischen Verbindungen der elektromagnetischen Kupplung 280 und der entsprechenden Bürsten zeigt, die einen Steuerkreis D zur Betätigung und Steuerung der Ausgangsleistung des Elektromotors 2 der Servoeinheit 200 bilden dargestellt ist, ist das Solenoid 277 der Kupplung 280 an seinem einen Ende über einen Leistungsschalter 45 mit einem positiven Anschluß einer Leistungsguelle 46 verbunden. Mit seinem anderen Ende ist das Solenoid 277 über einen Relaisschalter 281 mit Masse verbunden, die einen negativen Anschluß der Leistungsquelle 46 darstellt. Der Relaisschalter 281 weist eine Erregerspule 282 auf, die parallel zu einem Paar von Bürsten 41, 42 geschaltet ist. Wenn eine effektive Spannung zwischen den Bürsten 41, 42 angelegt wird, wird die Spule 282 erregt, so daß sie eine magnetische Wirkung entfaltet, um den Relaisschalter 281 zu schließen. Dabei wird die Kupplungsplatte 272 zum Dreh-

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teil 274 angezogen und eingerückt. Andere Elemente des Steuerkreises D, bei denen es sich nicht um die Kupplung 280 und den Relaisschalter 281 handelt, sind ähnlich wie im Steuerkreis C der Figur 5 elektrisch verbunden und .. werden daher nicht näher erläutert.

Die Punktion der elektromagnetischen Servoeinheit 200 wird im nachfolgenden näher erläutert.

Die Beschreibung erfolgt zuerst im Zusammenhang mit einem Anwendungsfall, in dem die erste Welle 4 als Eingangswelle und die zweite Welle 5 als eine Ausgangswelle dienen.

Es wird nun angenommen, daß der Leistungsschalter 45 geschlossen ist. Außerdem wird, wie in dem Fall der Servoeinheit 100, nun vorausgesetzt, daß die Servoeinheit 200 so beschaffen ist, daß ein externes Drehmoment vorhanden ist, um die Eingangswelle 4 in einer Richtung entsprechend dem Pfeil K der Figur 2 zu drehen.

Unter dieser Bedingung wird verhindert, daß der Gleichstrommotor 2 startet, wenn'die von der Ausgangsvjelle aufzunehmende Last kleiner ist als ein vorbestimmter Wert und daher die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 in einem vorbestimmten Winkelbereich gehalten wird. Als Ergebnis wird das externe Drehmoment, das auf die Eingangswelle 4 ausgeübt wird, im wesentlichen direkt über vier Gummistücke 29 auf die Ausgangswelle 5 übertragen.

Wenn die Last an der Ausgangswelle 5 den vorbestimmten Wert überschreitet, überschreitet auch die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 den vorbestimmten Winkelbereich, so daß die Bürsten 41, 42, die an der Eingangswelle 4 befestigt

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sind, in Kontakt zu den Kohlenplatten 34, 35 der Schleifringanordnung 30 gebracht werden, die an der Ausgangswelle 5 befestigt sind. Es wird daher durch Kreisverbindungen, die denjenigen des Falles der Figur 5 entsprechen, ein . elektrischer Strom von der Leistungsquelle 46 in eine-Wicklung 20 des Ankers 18 geschickt, der bewirkt, daß der Anker 18 sich in dieselbe Richtung wie die Eingangswelle 4 dreht. Ein an dem Anker 18 entwickeltes elektrischmagnetisches Drehmoment, d.h. eine Neigung zur Bewirkung einer Drehung des Ankers 18 wird dann übertragen, um in der Endstufe des Untersetzungsgetriebes 8 die Drehung der Scheibenplatte 255 zu bewirken.

Andererseits wird zu der Zeit, zu der die Bürsten 41, 42 in einen Kontakt zu den Kohlenplatten 34, 35 der Schleifringanordnung 30 gebracht werden, die Erregerspule 282 des Relaisschalters 281 erregt. Dabei wird der Relaisschalter 281 geschlossen. Dadurch wird die elektromagnetische Kupplung 280 in Betrieb gesetzt. Mit anderen Worten weist gemäß der Figur 9 die Relaisspule 282 dann,wenn der Widerstandskontakt zwischen den Bürsten 41, 42 und den Kohleplatten 34, 35 jeweils hergestellt wird, mit ihrem einen Ende der Spule 282 eine vollständige Verbindung über die Bürste 41, die Kohlenplatte 34, eine Kupferplatte 32, eine Bürste 36 und den Leistungsschalter 45 zum positiven Anschluß der Leistungsquelle 46 und mit ihrem anderen Ende über die Bürste 42, die Kohlenplatte 35, eine Kupferplatte 33 und eine Bürste 3 7 zur Masse auf, die den negativen Anschluß der Leistungsquelle 46 bildet. Als Ergebnis wird zu jeder Zeit, wenn der elektrische Motor 2 in Betrieb ist, die Kupplung 280 notwendigerweise wirksam geschaltet, so daß die Scheibenplatte 255, die sich frei auf der Ausgangswelle 5 drehen kann, integral an das Drehteil 274 gekoppelt wird, daß an der Welle 5 befestigt ist.

Auf diese Weise wird das am Motor 2 elektromagnetisch entwickelte Drehmoment zur Ausgangswelle 5 übertragen.

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Das elektromagnetische Drehmoment wird nur entwickelt, während die Bürsten 41, 42 in Kontakt zu den Kohlenplatten 34, 35 behalten werden. Der Gleichstrommotor 2 und die elektromagnetische Kupplung 280 werden unwirksam, wenn . der zuvor genannte Kontakt bei einer Änderung der relativen Winke!verschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 unterbrochen wird. In diesem Fall bewirken die Gummistücke 29, die normalerweise eine Federkraft auf das Angriffsteil 27 ausüben, daß die Eingangswelle 4 zu einer Ursprungsposition zurückkehrt, bei der der Kontakt zwischen den Bürsten 41, 42 und den Kohlenplatten 34, 35 unterbrochen ist, wenn die Ausübung des externen Drehmomentes auf die Eingangswelle 4 unterbrochen wird. Der durch die Bürsten 41, 42 und die Kohleplatten 34, 35 fließende Strom wird daher unterbrochen, weshalb der Betrieb des Motores 2 und der Kupplung 280 beendet wird.

Wennbewirkt wird, daß die Eingangswelle 4 sich mit dem an sie angelegten externen Drehmoment in einem Ausmaße dreht, daß die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 den vorbestimmten Winkelbereich überschreitet, gelangen der Gleichstrommotor 2 und die elektromagnetische Kupplung 280 in Betrieb, so daß der Motor 2 elektromagnetisch ein Zusatzdrehmoment entwickelt, das bewirkt, daß die Ausgangswelle 5 der Drehung der Eingangswelle 4 folgt. Dadurch erhält die Ausgangswelle 5 ein gesteuertes verstärktes Drehmoment.

Außerdem werden dann, wenn die relative WinkelverSchiebung zwischen der Eingangswelle 4 und der Ausgangswelle 5 bei einer Vergrößerung der Last an der Ausgangswelle 5 weiter vergrößert wird, die entsprechenden Kontaktbereiche zwischen den Bürsten 41, 42 und den Kohlenplatten 34, 35 vergrößert. Außerdem weisen die Leitungsdrähte 32a, 32b die in ümfangsrichtung gesehen mit den mittleren Bereichen der

·*· Kohleplatten 34, 35 verbunden sind, verringerte Widerstände in Bezug auf die Bürsten 41, 42 auf. Dadurch wird der elektrische Strom zur Ankerwicklung 20 vergrößert. Es ist daher möglich, das durch den Motor 2 erzeugte Drehmoment in Übereinstimmung mit der Last an der Ausgang~swelle 5 zu vergrößern.

Diese voranstehend beschriebenen Wirkungen können in einer ähnlichen Weise selbst dann erzielt werden, wenn die Ein-¹^ gangswelle 4 in die entgegengesetzte Richtung des Pfeiles K gedreht wird.

Wie dies oben ausführlich erläutert wurde, ist die elektro magnetische Kupplung 280 in der elektromagnetischen Servoeinheit 200 entsprechend einer elektrischen Verriegelung zusammen mit dem elektrischen Motor 2 wirksam.

Die elektromagnetische Servoeinheit 200 kann ähnlich wie die elektromagnetische Servoeinheit 100 so angewendet werden, daß die zweite Welle 5 als eine Eingangswelle und die erste Welle 4 als eine Ausgangswelle verwendet werden.

Das Funktionsprinzip der Servoeinheit 200 in derartigen Anwendungsfällen ist leicht aus der voranstehenden Be-Schreibung verständlich und wird daher nicht näher erläutert.

Bei der zweiten Ausführungsform der Erfindung können zahlreiche Vorteile erzielt werden, die den Vorteilen ähneln, die bei der ersten Ausführungsform erzielbar sind.

Darüber hinaus ist bei der zweiten Ausführungsform die elektromagnetische Kupplung 280 zwischen dem Untersetzungsgetriebe 8 und der zweiten Welle 5 vorgesehen, so daß zwisehen diesen die mechanische Verbindung unterbrochen werden kann, wenn der elektrische Motor 2 außer Betrieb ist.

d.h. kein Zusatzdrehmoment gefordert wird. Aus diesem Grunde kann in jedem Fall, in dem entweder die erste oder zweite Welle 4, 5 als eine Eingangswelle verwendet wird, die Eingangswelle vorteilhaft gegen eine Störung - geschützt werden, die auf diesen Widerstand in Bezug~auf eine Drehung zurückzuführen ist und sonst durch den elektrischen Motor 2 über das Untersetzungsgetriebe 8 hervorgerufen würde, während der Motor 2 nicht wirksam ist. Als Ergebnis wird das an die Eingangswelle angelegte externe Drehmoment wirksam zur Ausgangsseite übertragen. Außerdem wird die Kupplungsplatte 272 der elektromagnetischen Kupplung 280 durch die Blattfedern 271 an der Scheibenplatte 255 gehalten, so daß die Kupplung 280 mit einem kleinen elektrischen Strom im Solenoid 277 betrieben werden kann. Dadurch wird eine sichere Drehmoment über tr ag vom elektrischen Motor 2 zur zweiten Welle 5 ermöglicht. Es wird darauf hingewiesen, daß die elektromagnetische Servoeinheit 200 im Zusammenhang mit jedem anderen System angewendet werden kann, das erforderlichenfalls an der Außenseite ein Drehmoment erzeugt das größer ist als das Drehmoment an der Eingangsseite. Beispielsweise handelt es sich bei einem derartigen System um ein Steuersystem für Kraftfahrzeuge.

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Claims

Patentansprüche

1. Elektromagnetische Servoeinheit mit einem äußeren Gehäuse, einer ersten und zweiten Welle, die in dem Gehäuse drehbar gelagert sind, einem Elektromotor, dessen Anker koaxial zur zweiten Welle und um diese drehbar angeordnet ist und eine in dem Gehäuse angeordnete Feldspule aufweist, einer Einrichtung zur Ermittlung eines Drehmomentes, das entweder auf die erste Welle oder die zweite Welle ausgeübt wird, einer ein Ermittlungssignal von der Einrichtung zur Ermittlung des Drehmomentes aufnehmenden Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebes des Elektromotores und einem Mechanismus zur Übertragung der Drehkraft des Ankers des elektrischen Motores, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (4b, 29, 27, 41, 42, 34, 35) zur Ermittlung des Drehmomentes

in dem Gehäuse (1) angeordnet ist und daß die erste Welle

(4) und die zweite Welle (5) wechselseitig betätigbar in dem Gehäuse (1) über die Einrichtung (4b, 29, 27, 41, 42, 34, 35) zur Ermittlung des Drehmomentes miteinander verbundeη sind.

2. Servoeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Welle (4) und die zweite Welle (5) koaxial in dem Gehäuse (1) gelagert sind, daß die Einrichtung (4b, 29, 27, 41, 42, 34, 35) zur Ermittlung des Drehmomentes einen Bereich (4b) der ersten Welle (4) in dem Gehäuse (1), einen Bereich (27, 27a) der zweiten Welle (5) in dem Gehäuse (1), eine elastische Einrichtung (29), die zwischen dem Bereich (4b) der ersten Welle (4) und dem Bereich (27, !5 27a) der zweiten Welle (5) angeordnet ist, eine elektrische Widerstandsanordnung (30, 34, 35), die an der ersten Welle (4) oder der zweiten Welle (5) befestigt ist, und * eine Bürste (41, 42) aufweist, die auf der zweiten Welle

(5) oder der ersten Welle (4) befestigt ist und in einen k 20 Kontakt zum elektrischen Widerstandsteil (30, 34, 35) gezwungen werden kann, und daß die elektrische Widerstandsanordnung (30, 34, 35) mit der Bürste (41, 42) zusammenwirken kann, um einen Betriebssteuerkreis (C; D) des elektrischen Motores (2) zu schließen, wenn eine zwischen der ersten Welle (4) und der zweiten Welle (5) entwickelte relative Widerstandsverschiebung einen vorbestimmten Winkelbereich überschreitet.

3. Servoeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (4b) der ersten Welle (4) in dem Gehäuse

(1) einen zylindrischen Bereich (4b) aufweist, der an dem inneren Ende der ersten Welle (4) ausgebildet ist, daß der zylindrische Bereich (4b) einen Einschnitt (28) an einer lateralen Seite aufweist, daß der Bereich (27,. 27a) der zweiten Welle (5) in dem Gehäuse (1) einen Arm (2 7a) aufweist, der an dem inneren Ende der zweiten Welle (5) aus-

gebildet ist, daß sich der Arm (27a) in den Einschnitt (28) erstreckt, und daß die elastische Einrichtung (2 9) ein elastisches Glied (2 9) umfaßt, das zwischen dem Einschnitt (2 8) und dem Arm (27a) vorgesehen ist, um den dazwischen vorhandenen Raum auszufüllen.

4. Servoeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Widerstandsanordnung (30, 34, 35) aus einem zylindrischen isolierenden Teil (31) als ein Körper-

IQ teil und einer bogenförmigen Widerstandsplatte (34, 35) besteht, die derart am Außenumfang des isolierenden Teiles (31) befestigt ist, daß die elektrische Widerstandsanordnung (30,34, 35) entlang ihres Umfanges neben der Widerstandsplatte (34, 35) einen freiliegenden Bereich (31a, 31b) des isolierenden Teiles (31) aufweist, der derart freiliegt, daß er sich über einen vorgegebenen Winkel erstreckt, daß die elektrische Widerstandsanordnung (30, 34, 35) an der ersten Welle (4) oder der zweiten Welle (5)so befestigt ist, daß dann, wenn die relative Winkelverschie-

2Q bung zwischen der ersten Welle (4) und der zweiten Welle (5) in dem vorbestimmten Winkelbereich gehalten wird, der freiliegende Bereich (31a, 31b) des isolierenden Teiles (31) in einem Kontakt zu der Bürste (41, 42) gebracht wird und dann, wenn die WinkelverSchiebung den vorbestimmten Winkelbereich überschreitet, die Widerstandsplatte (34, 35) in einen Kontakt zu der Bürste (41, 42) gebracht wird, und daß die Widerstandsplatte (34, 35) dann, wenn sie die Bürste (41, 42) kontaktiert, den Betriebssteuerkreis (C; D) des elektrischen Motores (2) schließt.

5. Servoeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, ' daß die Widerstandsplatte (34, 35) der elektrischen Widerstandsanordnung (30, 34, 35) ein Paar von bogenförmigen Widerstandssegmenten (34, 35) umfaßt, die symmetrisch an

dem Umfang des zylindrischen isolierenden Körpers (31) be-35

festigt sind, daß die an der zweiten Welle (4) oder der

ersten Welle (5) befestigte Bürste (41, 42) ein Paar von Bürstenelementen (41, 42) umfaßt, die symmetrisch auf der entsprechenden Welle befestigt sind, daß dann, wenn weder an die erste Welle (4) noch an die zweite Welle (5) ein Drehmoment angelegt wird, jedes der Bürstenelemente (41, 42) in einen Kontakt zu dem in Umfangsrichtung gesehenen mittleren Bereich des freiliegenden Bereiches (31a, 31b) des isolierenden Teiles (31) zwischen den Widerstandssegmenten (34, 35) gezwungen wird, so daß verhindert wird,

¹^ daß der elektrische Motor (2) in einen Betrieb eintritt, daß jedes der Bürstenelemente (41, 42) immer mit einem der beiden Enden einer Wicklung (20) des Ankers (18) des elektrischen Motores (2) und einem der beiden Pole einer Leistungsquelle (46) für den elektrischen Motor (2) verbunden

¹^ ist, und daß jedes Widerstandssegment (34 , 35) immer mit dem anderen Ende verbunden ist.

6. Servoeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes bogenförmige Widerstandssegment (34, 35) der elektrischen Widerstandsanordnung (30, 34, 35) elektrisch mit dem in Umfangsrichtung gesehenen mittleren Bereich mit dem anderen Ende von einem der beiden Enden der Wicklung (20) des Ankers (18) und einem der beiden Pole der Leistungsquelle (46) verbunden ist.

7. Servoeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (34, 35, 41, 42) in dem Gehäuse (1) angeordnet ist und die Widerstandssegmente (34, 34) der elektrischen Widerstandsanordnung (30, 34, 35) und die

Bürstenelemente (41, 42) umfaßt.

8. Servoeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (34, 35, 41, 42) in dem Gehäuse

(1) angeordnet ist.
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9. Servoeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Übertragungsmechanismus (3; 280) zur Übertragung der Drehkraft des Ankers (18) des elektrischen Motores (2) ein Planeten-Untersetzungsgetriebe (8) aufweist, das zwischen dem Gehäuse (1) und der zweiten Welle (5) angeordnet ist, um die Drehung des Ankers (18) auf die zweite Welle (5) zu übertragen, um deren Geschwindigkeit zu verringern.

10. Servoeinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsmechanismus (8; 280) außerdem eine elektromagnetische Kupplung (280) aufweist, die zwischen dem Untersetzsungsgetriebe (8) und der zweiten Welle (5) angeordnet ist, und daß die elektromagnetische Kupplung (280) mit dem Betrieb des elektrischen Motores (2) verriegelt wirksam sein kann.

11. Servoeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsmechanismus (280) zur übertragung der Drehkraft des Ankers (18) des elektrischen Motores (2) eine elektromagnetische Kupplung (280) umfaßt, die zwisehen dem Anker (18) und der zweiten Welle (5) angeordnet ist und mit dem Betrieb des elektrischen Motores (2) verriegelt wirksam sein kann.

12. Servoeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Welle (4) als Eingangswelle und die zweite Welle (5) als Ausgangswelle dienen kann. .

13. Servoeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Welle (4) als Ausgangswelle und die zweite Welle (5) als Eingangswelle dienen kann.