DE3539106A1

DE3539106A1 - Elektromagnetische servoanordnung

Info

Publication number: DE3539106A1
Application number: DE19853539106
Authority: DE
Inventors: Yasuo Shimizu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1984-11-02
Filing date: 1985-11-04
Publication date: 1986-05-22
Also published as: GB2166396B; US4855655A; FR2572816A1; FR2572816B1; DE3539106C2; JPS61110669A; GB8526992D0; GB2166396A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weiqkmann, DiPL.f-PHYS.Dk.^K. Fincke

Dipl.-Ing. R A-Weickmann, Di^l.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska, Dipl.-Phys. Dr. J. Prechtel __

8000 MÜNCHEN 86 35391

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_D' _TTA TELEX 522621

usi. χ χ Xrt TELEGRAMM PATENTWEICKMANN MÜNCHEN

Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha

1-1, Minami-aoyama 2-chome, Minato-ku, Tokyo, Japan

Elektromagnetische Servoanordnung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Servoanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die insbesondere in einem elektrischen Servolenkungssystem für Fahrzeuge verwendbar ist.

Aufgrund der sich bei hydraulischen Servolenksystemen ergebenden Probleme, beispielsweise aufgrund des komplizierten Aufbaus derartiger Systeme, ist eine Vielzahl von elektrischen Servolenkungssystemen für Fahrzeuge vorgeschlagen worden. In derartigen elektrischen Servolenksystemen werden verschiedene Arten von elektromagnetischen Servoanordnungen verwendet.

beispielsweise ist in der japanischen Patentanmeldung 59-170812 der Anmelderin eine elektromagnetische Servoanordnung für elektrische Servolenkungssysteme von Fahrzeugen vorgeschlagen worden.

Diese elektromagnetische Servoanordnung enthält eine an ein Steuerrad angekoppelte Eingangswelle, eine mit einem zu steuernden Rad verbundene Ausgangswelle, die koaxial zur Eingangswelle angeordnet ist, einen sowohl mit der Eingangs-

welle als auch der Ausgangswelle gekoppelten Drehmoment-Detektormechanismus sowie einen drehbar und koaxial auf der Ausgangswelle vorgesehenen Elektromotor, zur Aufprägung eines Hilfsdrehmomentes auf die Ausgangswelle sowie eine Treiber-Steuerschaltungsanordnung zur Steuerung des Elektromotors als Funktion eines Satzes von Detektorsignalen des Drehmoment-Detektormechanismus.

Der Drehmoment-Detektormechanismus liefert an seinem Ausgang ein Paar von Signalen als Detektorsignale, welche sowohl die Größe als auch die Richtung einer relativen Winkeldifferenz in Umfangsrichtung an der Eingangswelle relativ zur Ausgangswelle repräsentieren, wenn der Eingangswelle ein Steuerdrehmoment aufgeprägt wird. Diese Steuersignale werden in die Treiber-Steuerschaltungsanordnung eingespeist, in der sie im Sinne der Erzeugung eines Drehmoment-Größensignals und eines Drehmoment-Richtungssignals verarbeitet werden, um einen Ankerstrom in den Elektromotor einzuspeisen, dessen Größe dem Drehmoment-Größensignal entspricht und dessen Stromflußrichtung dem Drehmoment-Richtungssignal entspricht, wodurch der Ausgangswelle ein Hilfsdrehmoment aufgeprägt wird, während das am Elektromotor erzeugte elektromagnetische Drehmoment als Hilfsdrehmoment über einen Geschwindigkeits-Reduzierungsmechanismus auf die Ausgangswelle übertragen wird.

Der in den Elektromotor einzuspeisende Ankerstrom besitzt daher eine zunehmende Größe, wenn die relative Winkeldifferenz in Umfangsrichtung zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle mit dem auf die Eingangswelle einwirkenden Steuerdrehmoment zunimmt.

In nachteiliger Weise besitzt bei einer derartigen elektromagnetischen Servoanordnung das Drehmoment-Größensignal eine Totzone, welche steuernd einzustellen ist.

Bei dieser elektromagnetischen Servoanordnung wird daher das im Elektromotor erzeugte Drehmoment als Hilfsdrehmoment über den Geschwindigkeits-Reduzierungsmechanismus weich auf die Ausgangswelle übertragen, wodurch für den Fahrzeugführer die auf das Steuerrad auszuübende Kraft entsprechend reduziert wird, so daß sich angenehme Steuereigenschaften ergeben.

Bei einer derartigen elektromagnetischen Servoanordnung ist ebenso wie bei anderen bekannten Anordnungen dieser Art für elektrische Servolenkungssysteme für Fahrzeuge noch die Forderung zu erfüllen, daß eine Ausgangswelle in Abhängigkeit von der Drehung der Eingangswelle, speziell in Abhängigkeit von deren Drehzahl gut angepaßt in Drehung versetzt werden muß.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Servoanordnung der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der der vorgenannte Nachteil vermieden wird, d.h., die Ausgangswelle als Funktion der Drehzahl der Eingangswelle gut angepaßt in Drehung versetzt wird.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein detailliertes Blockschaltbild einer Treiber-Steuerschaltungsanordnung einer elektromagneti

schen Servoanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zur Verwendung in

einem elektrischen Servolenkungssystem für Fahr

zeuge;

Fig. 2A bis 2D jeweils ein Diagramm von Ausgangssignalkurven von Schaltungselementen in der Treiber-

Steuerschaltungsanordnung nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Treiber-Steuerschaltungsanordnung nach Fig. 1;
10

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Servoeinheit der elektromagnetischen Servoanordnung, welche durch die Treiber-Steuerschaltungsanordnung gesteuert wird;

Fig. 5A einen Schnitt eines wesentlichen Teils eines Mechanismus zur Erfassung einer relativen Winkelverschiebung als Phasendifferenz zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle der Servoeinheit in einer Ebene 5A-5A in Fig. 4; und

Fig. 5B und 5C eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines beweglichen Elementes zur Erfassung der relativen Winkelverschiebung des Mechanismus nach Fig. 5A.

Gemäß den Fig. 1 und 3 ist mit 100 die Gesamtheit einer Treiber-Steuerschaltungsanordnung einer elektromagnetischen Servoanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die in einem (nicht dargestellten) elektrischen Servolenkungssystem eines Fahrzeugs vorgesehen ist. Die Fig. 2A bis 2D zeigen Kurvenzüge von im folgenden noch zu beschreibenden Signalen, die von wesentlichen Schaltungselementen der Treiber-Steuerschaltungsanordnung 100 abgegeben werden. Der Aufbau der elektromagnetischen Servoanordnung ist in den Fig. 4 und 5A bis 5C dargestellt,

welche Schnittdarstellungen der Gesamtheit, bzw. wesentliche Teile einer elektromagnetischen Servoeinheit 200 zeigen, welche die elektromagnetische Servoanordnung bildet. Die Servoeinheit 200 wird durch die Treiber-Steuerschaltungsanordnung 100 gesteuert, wobei die Einheit 200 hinsichtlich ihres mechanischen Aufbaus einer in der vorgenannten japanischen Patentanmeldung 59-170812 der Anmelderin beschriebenen Anordnung entspricht.

im folgenden wird zunächst der mechanische Aufbau der elektromagnetischen Servoeinheit 200 anhand der Fig. 4 und 5A bis 5C beschrieben, bevor der Aufbau und die Funktion der Treiber-Steuerschaltungsanordnung 100 beschrieben wird.

Wie bereits ausgeführt, zeigt Fig. 4 einen Schnitt, speziell einen Viertel-Längsschnitt der elektromagnetischen Servoeinheit 200.

Diese Servoeinheit 200 besitzt eine drehbar durch ein Kugellager 2 sowie durch ein Nadellager 3 drehbar gelagerte Eingangswelle 1, die an ihrem axial äußeren Ende mit einem (nicht dargestellten) Steuerrad eines Servosteuersystems verbunden ist, sowie eine koaxial zu dieser Eingangswelle 1 angeordnete und durch einen Torsionsstab 8 mit dieser verbundene Ausgangswelle 4. Diese Ausgangswelle 4 ist ebenfalls durch ein Kugellager 5 sowie Nadellager 6, 7 drehbar gelagert. Die Ausgangswelle 4 besitzt an ihrem axial äußeren Ende ein verzahntes Teil 4a, das in einem Zahnstangengetriebe (nicht dargestellt) des Servolenkungssystems angeordnet ist.

Wie im folgenden noch beschrieben wird, greift ein axial inneres Ende 1b der Eingangswelle 1 in ein axial inneres Endteil 4b der Ausgangswelle 4 ein, so daß sich eine drehbare Lagerung durch das dazwischen angeordnete Nadel-

lager 3 ergibt.

Der Torsionsstab 8 ist an einem in ein axiales Loch 4c der Ausgangswelle eingesetzten Ende 8a durch einen Stift 11 an der Ausgangswelle 4 befestigt, während er mit einem anderen Ende 8b in ein axiales Loch 1c der Eingangswelle 1 eingesetzt ist und mittels einer Schraube 9 an der Eingangswelle 1 befestigt ist, wodurch bei fehlendem Steuerdrehmoment eine vorgegebene Winkelstellung relativ zur Achse der Ausgangswelle 4 festgelegt wird.

Bei der beschriebenen Ausgestaltung wird der Eingangswelle 1 ein Steuerdrehmoment vom Steuerrad aufgeprägt und über den Torsionsstab 8 auf die Ausgangswelle 4 übertragen, wodurch Torsionsdeformationen im Torsionsstab 8 entstehen, so daß eine relative Drehwinkeldifferenz in Umfangsrichtung entsteht, d.h., es ergibt sich eine relative Winkelverschiebung als Phasendifferenz zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 4.

In Fig. 4 ist mit 12 eine Steuersäule bezeichnet, welche die Eingangswelle 1 umgibt und aufnimmt.

Die Servoeinheit 200 besitzt in einer axialen Stellung, in der das innere Endteil 1b der Eingangswelle 1 mit dem inneren Endteil 4b der Ausgangswelle 4 in Eingriff steht, einen der in relativen Drehwinkel erfassenden Detektormechanismus 13, welcher die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 4 erfasst. Dieser Detektormechanismus 13 wird durch einen auf dem Innenumfang der Steuersäule 12 befestigten Differenztransformator gebildet, wobei ein rohrförmiges bewegliches Element 15 als laminierter Eisenkern axial gleitend auf die wechselseitig in Eingriff stehenden Teile 1b, 4b der Eingangs- und Ausgangswelle 1, 4 aufgepaßt ist. Der Differenztransformator 14 besitzt ein

Paar von mit der Treiber-Steuerschaltungsanordnung 100 verbundenen Ausgangsanschlüssen, welche teilweise dazu vorgesehen sind, die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1, 4 elektrisch zu erfassen, wobei die Treiber-Steuerschaltungsanordnung 100 eine solche Steuerfunktion besitzt, daß ein Ankerstrom Io (Fig. 1) geteuerter Größe in gesteuerter Flußrichtung in einen im folgenden noch zu beschreibenden Elektromotor 20 eingespeist wird, wodurch dieser ein hinsichtlich Größe und Wirkungsrichtung festgelegtes Hilfsdrehmoment abgibt.

Gemäß Fig. 5A steht das bewegliche Element 15 durch ein Paar von an der Eingangswelle 1 befestigten Radialstiften

16, 16 mit der Eingangswelle 1 sowie durch ein weiteres

mit der Ausgangswelle 4 befestigtes Paar von Radialstiften

17, 17 mit der Ausgangswelle 4 in Eingriff, wobei die Radialstifte 17, 17 in Umfangsrichtung um eine Phasendifferenz von 90° gegen die Radialstifte 16, 16 versetzt sind. Zwecks des in Eingrifftretens mit den von der Eingangswelle 1 ausgehenden Radialstiften 16, 16 besitzt das bewegliche Element 15 ein Paar von an entsprechenden Umfangsstellen vorgesehenen Eingriffslöchern 15b, die in Axialrichtung des Torsionsstabes 8 ausgerichtet sind. Für das Ineingrifftreten mit den von der Ausgangswelle 4 ausgehenden Radialstiften 17, 17 besitzt das bewegliche Element 15 ein Paar von Eingriffslöchern 15a, welche in bezug auf die Axialrichtung des Torsionsstabes 8 unter einem spitzen Winkel verlaufen. Das bewegliche Element 15 ist normalerweise durch eine zwischen ihm und dem oben genannten Kugellager 2 komprimierte Spiralfeder 18 in Axialrichtung, d.h., in Fig. 4 gesehen nach links, vorbelastet.

Bei der vorbeschriebenen Ausführungsform ergibt sich zwisehen den Radialstiften 17 und entsprechenden Langlöchern

3539105 -νβ-

^ 15a aufgrund von Bearbeitungstoleranzen ein Spiel. An beiden Seiten 15c des Loches 15a wird jedoch das Spiel zwischen dem Stift 17 und dem Loch 15a im wesentlichen durch das Vorhandensein der Feder 18 eliminiert, welche den Stift 17 normalerweise gegen die Arbeitsseite 15b drückt, während die andere Seite 15d des Loches 15a ein entsprechendes gegenüber dem Stift 17 verbleibendes Spiel 1 aufweist.

2Q Wird bei der in Rede stehenden Ausführungsform die Eingangswelle 1 durch das vom Steuerrad ausgeübte Steuerdrehmoment in Drehung versetzt, wobei dieses Drehmoment über den Torsionsstab 8 auf die Ausgangswelle 4 übertragen wird, so ergibt sich eine relative Winkeldifferenz in Umfangsrich-

,p- tung, d.h., eine relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1, 4, wodurch das bewegliche Element 15 als Funktion sowohl der Drehrichtung als auch des Absolutwertes der Winkeldifferenz, um die die Eingangswelle 1 relativ zur Ausgangswelle 4 verschoben wird,

2Q axial, d.h., in Fig. 4 gesehen, nach rechts oder links verschoben wird. Die relative WinkelverSchiebung kann somit durch elektrische Erfassung der Größe der Axialverschiebung des beweglichen Elementes über den Differenztransformator 14 erfaßt werden.

Gemäß Fig. 4 enthält die Servoeinheit 200 ein zylindrisches Gehäuse 19, das den vorgenannten koaxial zur Ausgangswelle angeordneten Elektromotor 20 aufnimmt. Dieser Elektromotor 20 wird durch einen Gleichstrommotor mit einem Paar von QQ Magneten 21 gebildet, die zur Bildung eines Feldes am Innenumfang des Gehäuses 19 befestigt sind, wobei der Motor 20 weiterhin als Läufer einen Rotor 26 besitzt, der durch eine rohrförmige Welle 23 gebildet wird, die drehbar durch die Nadellager 6, 7 und ein Kugellager 22 gelagert ist. Der Motor besitzt weiterhin einen Ankerkern 24, der an der rohrförmigen Welle 23 befestigt und mit einer Anker-

wicklung 25 versehen ist, so daß bei Rotation die durch die Magneten 21 erzeugten magnetischen Feldlinien geschnitten werden. Weiterhin besitzt der Rotor 26 an seinem linken Ende eine Schleifringanordnung 27, mit der Anschlüsse 25a der Ankerwicklung 25 derart verbunden sind, daß ein Ankerstrom Io notwendiger Größe in beiden Stromrichtungen eingespeist werden kann. In beiden notwendigen elektrischen Winkelstellungen gelangt eine Bürste 29 mit der Schleifringanordnung 27 in Eingriff, was normalerweise durch eine Spiralfeder 28 erfolgt, über die Bürste 29 wird der gesteuerte Ankerstrom Io von der Treiber-Steuerschaltungsanordnugn 100 in die Ankerwicklung 25 eingespeist.

Wird bei der in Rede stehenden Ausführungsform ein Drehmoment vom Steuerrad auf die Eingangswelle 1 aufgeprägt, während die Eingangs- und die Ausgangswelle 1, 4 eine durch den Detektormechanismus 13 erfaßte relative Winkelverschiebung aufweisen, so liefert die Treiber-Steuerschaltungsanordnung 100 einen Ankerstrom Io für die Ankerwicklung 25, wodurch der Elektromotor 20 derart gesteuert wird, daß der Rotor 26 unabhängig davon um die Ausgangswelle 4 in der gleichen Richtung wie die Eingangswelle 1 rotiert.

Die Drehung des Rotors 24 wird über einen Geschwindigkeitsreduzierungsmechanismus aus einem Primär- und einem Sekundär-Planetengetriebe 32, 33 auf die Ausgangswelle 4 übertragen, wobei eine Geschwindigkeitsreduzierung und eine Drehzahlerhöhung stattfindet. Indem durch die beiden Planetengetriebestufen 32, 33 gebildeten Geschwindigkeitsreduzierungsmechanismus besteht die erste Stufe 32 aus einem Primärumlaufzahnrad 30 auf dem Außenumfang des linken Endteils der rohrförmigen Welle 23 als Primäreingangselement, ein am Innenumfang des Gehäuses 19 befestigten gemeinsamen Ringzahnrad 31 sowie einem Dreiersatz von Primärplanetenzahnrädern 32a, die zwischen dem

Umlaufzahnrad und dem Ringzahnrad 30, 31 integriert sind. Die Primärplanetenzahnräder 32a sind auf einem scheibenförmigen Flansch 32b schwenkbar gehaltert, der an einem drehbar lose auf die Ausgangswelle 4 aufgepaßten sekundären Eingangselement befestigt ist, auf dem ein Sekundärumlaufzahnrad 33a ausgebildet ist. Die Sekundärstufe besteht aus dem Sekundärumlaufzahnrad 33a, dem Ring 31 sowie einem Dreiersatz von Sekundärplanetenzahnrädern 33b, die zwischen das Umlaufzahnrad und das Ringzahnrad 33a bzw. 31 integriert sind. Die Sekundärplanetenzahnräder 33b sind schwenkbar auf einem scheibenförmigen Flansch 33c gehaltert, der einstückig mit einem rohrförmigen Element 33e verbunden ist. Dieses Element 33e ist auf einem Teil des verkeilten Teils 4a der Ausgangswelle 4 verkeilt und weiterhin durch eine Radialschraube 33d an der gleichen Welle 4 befestigt.

Wird auf die Eingangswelle 1 ein Steuerdrehmoment ausgeübt, so nimmt die Ausgangswelle 4 neben dem von der Eingangswelle 1 über den Torsionsstab 8 übertragenen Drehmoment ein zusätzliches Drehmoment auf, das durch die elektromagnetischen Wirkungen des auf der Ausgangswelle angeordneten Elektromotors erzeugt und über den Geschwindigkeitsreduzierungsmechanismus übertragen wird, wodurch an der Ausgangswelle 4 ein Hilfsdrehmoment erzeugt wird. In der Servoeinheit 200 wird also das auf die Eingangswelle 1 ausgeübte Drehmoment bei der Übertragung als Ausgangsdrehmoment auf die Ausgangswelle 4 ersichtlich verstärkt, so daß die Servoeinheit 200 als eine elektromagnetische Kraftverstärkungsanordnung für elektrische Servolenksysteme wirken kann.

Aus Fig. 5A ist ersichtlich, daß bei Vergrößerung der relativen Winkelverschiebung als Phasendifferenz zwisehen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1, 4 auf einen vorgegebenen Winkel (etwa 10° bei dieser Ausführungsform)

die Seitenflächen 1c des axial inneren Endteils 1b der Eingangswelle 1 durch Bewegung in Umfangsrichtung mit den entsprechenden Seitenflächen 4c des axial inneren Endteils 4b der Ausgangswelle in Eingriff gelangen und dadurch festgestellt werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, stellt eine derartige Sperrstruktur zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1, 4 einen Fehlersicherungsmechanismus in der elektromagnetischen Servoeinheit 200 dar.

In der Servoeinheit 200 wirkt der Torsionsstab 8 weiterhin für den Fall, daß kein Drehmoment auf die Eingangswelle 1 wirkt, in der Weise, daß er die Eingangswelle 1 relativ zur Ausgangswelle 4 stabil in einer neutralen Stellung hält. Wird dagegen ein Steuerdrehmoment vom Steuerrad auf die Eingangswelle 1 übertragen, so wirkt der Torsionsstab auch in der Weise, daß am Ende des Steuerrades ein über die Ausgangswelle 1 erzeugtes angemessenes Reaktionsmoment wirkt.

Im folgenden werden der Aufbau und die Wirkungsweise der Treiber-Steuerschaltungsanordnung 100 zur Steuerung der Wirkung der elektromagnetischen Servoeinheit 200 beschrieben.

Gemäß der schematischen Darstellung nach Fig. 3 besteht die Steuerschaltungsanordnung 100 aus einer Relativwinkel-Detektorschaltung 71 als Phasendifferenzdetektor zur elektrischen Erfassung des Drehwinkels der Eingangswelle 1 relativ zur Ausgangswelle 4 und einer Motortreiberschaltung 72 zur Steuerung des Elektromotors 20. Die Detektorschaltung 71 sowie' die Treiberschaltung 72 erhalten ihre elektrische Spannungsversorgung aus einer Batterie als Spannungsquelle 75 über einen Leistungsschalter 73 und eine Sicherung 74. Der Differenztransformator 14 des Relativdrehwinkel-Detektormechanismus 13 erhält an

. 4S-

einer Primärwicklung 14a ein Wechselspannungssignal vorgegebener Frequenz von der Detektorschaltung 71 und gibt an einem Paar von Sekundärwicklungen 14b, 14c ein Paar von Detektorsignalen Vr, Vl ab. Diese Signale Vr, Vl werden in die Detektorschaltung 71 eingespeist, in der sie zur Einspeisung in die Treiberschaltung 72 in Form einer Kombination eines die relative Winkelverschiebung als Phasendifferenz dP zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1, 4 repräsentierenden Spannungssignals

IQ VP sowie eines Paars von logischen Spannungssignalen VR, VL verarbeitet werden, wobei die beiden letztgegenannten Signale die Drehrichtung der Eingangswelle 1 relativ zur Ausgangswelle 4 repräsentieren. Diese in die Treiberschaltung 72 eingespeiste Kombination von Signalen VP, VR,

JK VL dient zur Ansteuerung des Elektromotors 20.

Die Detektorschaltung 71 und die Treiberschaltung 72 wwerden im folgenden anhand von Fig. 1 im einzelnen beschrieben:

Der Differenztransformator 14 des Detektormechanismus besitzt, wie beschrieben, die Primärwicklung 14a, die mit einem Wechselspannungssignal vorgegebener Frequenz von einem Oszillator 70 der Detektorschaltung 71 ge-

„g speist wird, sowie die Sekundärwicklungen 14b, 14c zur Ausgabe der Detektorsignale Vr, Vl als Paar von Wechselspannungssignalen mit sich als Funktion der Axialverschiebung des beweglichen Elementes 15 des Transformators 14 differentiell ändernder Amplitude. Die Detektorsignale

„^. Vr, Vl werden zunächst durch einn Paar von Gleichrichtern 3 4a, 34b gleichgerichtet und durch ein Paar von Tiefpaßfiltern 35a, 35b geglättet, um als ein Paar von Gleichspannungssignalen Vr1, VH in ein Paar von Subtraktionsstufen 36, 37 eingespeist zu werden.

-Ψ-

In der vorstehend beschriebenen Anordnung nimmt das Element 15 gemäß Fig. 3 eine neutrale Stellung Xo ein, wenn die relative Winkelverschiebung zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1, 4 bei nicht auf die Eingangswelle 1 wirkendem Steuerdrehmoment Null ist. Gemäß Fig. 3 bewegt sich das Element 15 in der Richtung +X, wenn die Eingangswelle 1 von der Seite des Steuerrades gesehen, in Bezug auf die Ausgangswelle 4 nach rechts gedreht wird, wobei ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment auf die Eingangswelle 1 zur Einwirkung gelangt. Andererseits bewegt sich das Element 15 in der Richtung -X, wenn die Eingangswelle 1 relativ zur Ausgangswelle 4 nach links gedreht wird, wobei auf die Eingangswelle 1 ein im Gegenuhrzeigersinn wirkendes Drehmoment zur Einwirkung gelangt.

Die von den Tiefpaßfiltern 35a, 35b abgegebenen Spannungssignale Vr1, VH werden als Funktion der Axialverschiebung des beweglichen Elementes 15, d.h., als Funktion einer Vertikalbewegung in Fig. 1 auf einen sich differentiell ändernden Pegel gesteuert, so daß sie einen vorgegebenen Spannungspegel besitzen, wenn sich das Element 15 in der neutralen Stellung Xo befindet.

Speziell ist die Schaltungskonfiguration des Differenztransformators 14 sowie der Detektorschaltung 71 so getroffen, daß bei Aufwärtsbewegung des beweglichen Elementes 15 in Fig. 1 und Drehung der Eingangswelle 1 im Uhrzeigersinn relativ zur Ausgangswelle 4 die Spannung des Signals Vr1 von einem vorgegebenen Pegel proportional zur Aufwärtsbewegung des beweglichen Elementes 15 steigt, während die Spannung des' Signals VH fällt, und daß im Gegensatz dazu proportional zur Abwärtsbewegung des Elementes 15 in Fig. 1 bei Drehung der Eingangswelle 1 im Gegenuhrzeigersinn relativ zur Ausgangswelle 4 die Spannung des Signals Vr1 fällt, und die Spannung des Signals

VH steigt.

Das Spannungssignal Vr1 vom Tiefpaßfilter 35a wird sowohl in einen Plus-Eingang der Subtraktionsstufe 36 als auch in einen Minus-Eingang der Subtraktionsstufe 37 eingespeist, während das Spannungssignal VH vom Tiefpaßfilter 35b sowohl in einen Minus-Eingang der Subtraktionsstufe

36 als auch in einen Plus-Eingang der Subtraktionsstufe

37 eingespeist wird.
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Die Subtraktionsstufen 36 und 37 geben ein Paar von Spannungssignalen Vr2, V12 in der Weise ab, daß Vr2 = Vr 1 - VH und V12 = VH - Vr 1 ist.

In der aus der Spannungsquelle 75 mit elektrischer Spannung positiver Polarität versorgten Steuerschaltung 100 besitzt das von der Subtraktionsstufe 36 abgegebene Signal Vr2 selbst unter der Bedingung, daß beispielsweise Vr1 < VH ist, eine nicht negativ werdende Spannung, während es unter dieser Bedingung auf der positiven Seite sich im wesentlichen dem Wert Null nähert. Diese Charakteristik gilt für das von der Subtraktionsstufe 37 abgegebene Spannungssignal V12 in analoger Weise.

In der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung werden die Spannungen der von den Subtraktionsstufen 36, 37 abgegebenen Signale Vr2, Vl2 im wesentlichen Null, wenn das bewegliche Element 15 in der neutralen Stellung Xo steht.

Die Ausgangssignale Vr2, Vl2 der Subtraktionsstufe 36, werden sowohl in entsprechende Eingänge eines ODER-Gatters 38sowie eines Paars von Spannungsvergleichsstufen 39, 40 eingespeist.

Im ODER-Gatter 38 werden die Eingangssignale Vr2, V12 logisch addiert, um ein der relativen Winkeldifferenz . bzw. Phasendifferenz entsprechendes Signal als Spannungssignal VP für die Treiberschaltung 72 abzugeben.

In der Spannungsvergleichsstufe 39 der beiden Spannungsvergleichsstufen 39, 40 wird ein der Richtung der Relativdrehung bzw. der Richtung der Phasendifferenz entsprechendes Signal als logisches Ausgangssignal VR erzeugt, dessen Spannung auf einem "hohen" Pegel liegt, wenn der Pegel des Eingangssignals Vr2 größer als der des Eingangssignals V12 ist, während sich ein "tiefer" Pegel ergibt, wenn der Pegel des Signals Vr2 gleich oder kleiner als der des Signals V12 ist. Die andere Spannungsvergleichsstufe 40 gibt ein weiteres die Richtung der Relativdrehung bzw. der Phasendifferenz repräsentierendes Signal als logisches Ausgangssignal VL ab, dessen Spannung einen "hohen" Pegel besitzt, wenn der Pegel des Eingangssignals VL2 größer als derjenige des Eingangssignals Vr2 ist, während sich ein "tiefer" Pegel ergibt, wenn der Pegel des Signals V12 gleich oder kleiner als derjenige des Signals Vr2 ist. Die logischen Signale VR, VL werden ebenfalls in die Treiberschaltung 72 eingespeist.

In der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung stellt das Signal VP ein Gleichspannungssignal als Winkeldifferenz mit einem Pegel dar, der proportional zum Winkel der relativen Winkelverschiebung zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1, 4 ist, so daß dieses Signal als Winkelerkennung verwendbar ist. Die Signale VR, VL stellen ein Paar von logischen Spannungssignalen als Drehrichtungssignale dar, welche die Richtung der Winkelverschiebung der Eingangswelle 1 relativ zur Ausgangswel-Ie 4 darstellen, so daß diese Signale als Richtungserkennungssignale ausnutzbar sind. Bei einem "hohen" Pegel

Jg.

zeigt das Drehrichtungssignal VR an, daß die Eingangswelle 1 relativ zur Ausgangswelle 4 im Uhrzeigersinn gedreht wird, während das Drehrichtungssignal VL dabei auf einen "tiefen" Pegel eingestellt ist. Andererseits zeigt ein "hoher" Pegel des Signals VL an, daß die Eignangswelle 1 relativ zur Ausgangswelle im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wobei das Signal VR dann einen "tiefen" Pegel besitzt.

Die Signale VP sowie VR, VL besitzen die Kurvenverläufe nach den Fig. 2A bzw. 2B, 2C.

Gemäß Fig. 2A besitzt das Winkeldifferenzsignal VP eine obere Grenze in Form eines Spannungspegels Vc entsprechend einer solchen relativen Winkelverschiebung zwischen der Eingang- und der Ausgangswelle 1, 4 im Sinne einer Vergrößerung auf die vorgegebene Phasendifferenz, bei welcher der durch die entsprechenden axial inneren Endteile 1b, 4b der Wellen 1, 4 gebildete Fehlersicherungsmechanismus wirksam ist.

Im folgenden wird die Treiberschaltung 72 anhand von Fig. 1 im einzelnen beschrieben.

Das Spannungssignal VP mit einem sich proportional zur relativen Winkeldifferenz dP ändernden Pegel wird in einen Plus-Eingang eines Differenzverstärkers 41 eingespeist, während die logischen Signale VR, VL, die als Funktion der Richtung der Relativdrehung auf einen "hohen" oder "tiefen" Spannungspegel eingestellt werden, in eine im folgenden noch zu beschreibende Schaltstufe 42 eingespeist werden. Das Signal VP wird im Verstärker 41 in im folgenden noch zu beschreibender Weise derart verarbeitet, daß ein Spannungssignal VP1 erzeugt wird, das in einen Plus-Eingang eines Spannungskomparators 43 ein-

-Yl-

gespeist wird, in dem es mit einem dreieckförmigen Impulssignal Vt verglichen wird, das von einem Dreiecksignalgenerator 44 in einen Minus-Eingang des !Comparators 43 eingespeist wird. Dabei wird vom Komparator 43 ein rechteckförmiges Ausgangsimpulssignal VP2 erzeugt, das in.die Schaltstufe 42 eingespeist wird.

Das im Komparator 43 durch Vergleich der Spannung des Eingangssignals VP1 mit dem dreieckförmigen Impulssignal Vt erzeugte rechteckförmige Impulssignal VP2 stellt ein Spannungssignal mit einem Quellpegel Vcc dar, wenn der Pegel des Signals VP1 größer als derjenige des Signals Vt ist, so daß gemäß Fig. 2D als Signal VP2 ein Impulssignal erhalten wird, dessen Frequenz mit dem dreieckförmigen Impulssignal Vt synchronisiert ist und das eine sich proportional zum Spannungspegel des Ausgangssignal VP1 des Verstärkers 41 ändernde Impulsbreite W1 besitzt. Wie Fig. 2D zeigt, besitzt das vom Komparator 43 gelieferte Impulssignal VP2 eine mittlere Spannung VM1 gemäß der Beziehung VM1 = Vcc χ (Wi/Wo), worin Wo die Impulsdauer des mit dem dreieckförmigen Impulssignal Vt synchronisierten rechteckförmigen Impulssignal VP2 bedeutet. Die mittlere Spannung VM1 des Signals VP2 ist proportional zum Spannungspegel des Signals VP1.

Die vorgenannte Schaltstufe 42 dient zur Steuerung der Anschlußpolarität des Elektromotors, wenn dieser ein gesteuertes Treibersignal mit einer sich als Funktion der mittleren Spannung VM1 ändernden mittleren Spannung erhält, wie dies im folgenden beschrieben wird.

Die Schaltstufe 42 gibt an vier Ausgängen 42a, 42b, 42c, 42d im folgenden noch zu beschreibende gesteuerte Ausgangssignale ab, wobei die genannten Ausgänge mit den Basen von vier npn-Transistoren 45, 46, 47, 48 verbunden sind, welche vier Brückenzweige einer Brückenschaltung 49 bil-

den. Diese Brückenschaltung 49 stellt einen die Polarität festlegenden Schalter dar, indem die Transistoren 45 bis 48 als Schaltelemente dienen. Ein von den Brückenzweigen der Transistoren 45 und 47 abgehender Anschluß 50 ist als Speiseseitenanschluß mit einem positiven Anschluß der Spannungsquelle 75 (Fig. 3) verbunden. Die Brückenzweige der Transistoren 46, 48 bilden einen Anschluß 51, der über einen Widerstand 52 mit einem Widerstandswert Ra als Erdanschluß mit Masse verbunden ist. Von den Brückenzweigen der Transistoren 45, 46 sowie der Transistoren 47 und 48 führen Anschlüsse 53, 54 als ein Paar von Ausgangsanschlüssen mit als Funktion der Ein- und Ausschaltung der Transistoren 45 bis 58 wechselnder Polarität auf die Bürsten 29, 29 des Elektromotors 20. In der Schaltung 49 liegen in den Brückenzweigen jeweils zwischen dem Kollektor und dem Emitter der Transistoren 45 bis 48 je eine Diode 55, welche einen Rückfluß des hinsichtlich der Richtung gesteuerten elektrischen Stroms verhindern.

In der vorstehend beschriebenen Schaltung dient die Schaltstufe 42 zur Zuführung des rechteckförmigen Impulssignals VP2 zu den Basen der Transistoren 45, 48, wenn das logische Signal VR einen "hohen" Pegel und das logische Signal VL einen "tiefen" Pegel besitzt, während dieses Signal den Transistoren 46, 47 zugeführt wird, wenn das Signal VR einen "tiefen" Pegel und das Signal VL einen "hohen" Pegel besitzt, wobei die Signale VR, VL exklusiv auf einen "hohen" Pegel gesetzt werden.

Wenn das die Drehrichtung repräsentierende logische Signal VR auf den "hohen" Pegel gesetzt wird, so wird das vom Komparator 43 gelieferte rechteckförmige Impulssignal VP2 in die Basen der Transformatoren 45, 48 eingespeist, wodurch diese durchgeschaltet werden. Damit wird dem Elektromotor 20 eine Spannung Va entsprechender Polarität zugeführt, bei welcher der Ankerstrom Io in Richtung

eines Pfeiles A in Fig. 1 fließt. Der Rotor 26 des Motors 20 wird dabei im Sinne einer Drehung nach rechts als Funktion der Richtung der Drehung der Eingangswelle 1 relativ zur Ausgangswelle 4 angesteuert.

Wird andererseits das logische Signal VL auf den "hohen" Pegel gesetzt, so wird das impulsförmige Signal VP2 in die Basen der Transistoren 46, 47 eingespeist und schaltet diese durch, so daß die Spannung Va mit einer entsprechenden Polarität in den Elektromotor 20 eingespeist wird, bei welcher der Ankerstrom Io in Richtung eines Pfeiles B in Fig. 1 fließt, wodurch der Rotor 26 des Motors 20 als Funktion der Richtung der Relativdrehung nach links gedreht wird.

Der Effektivwert der in den Elektromotor 20 eingespeisten Spannung Va entspricht daher der mittleren Spannung VM1 des rechteckformigen Impulssignals VP2.

Ist die als Drehmoment von der Ausgangswelle 4 auf den mit der Spannung Va zur Erzeugung des Ankerstroms Io beaufschlagten Motor 20 wirkende Last konstant, so ist die Drehzahl N als Anzahl von Umdrehungen pro Zeiteinheit grundsätzlich proportional zum Pegel in Form des Effektivwertes der Spannung Va, während die Stromstärke als Effektivwert des Ankerstroms Io durch as Lastdrehmoment eindeutig festgelegt wird. Die Drehzahl N ausgedrückt in Umdrehungen pro Zeiteinheit des Elektromotors 20 ist daher durch Einstellung des Pegels als Effektivwert der Spannung Va steuerbar.

Gemäß Fig. 1 wird die beispielsweise auf Masse bezogene Spannung des Anschlusses 53 als Spannungssignal Var über ein Tiefpaßfilter 56 in einen Plus-Eingang einer subtraktionsstufe 57 sowie in einen Minus-Eingang einer weiteren Subtraktionsstufe 58 eingespeist, während die Spannung am

Anschluß 54 als Spannungssignal VaI über ein weiteres Tiefpaßfilter 59 in einen Minus-Eingang der Subtraktionsstufe 57 sowie einen Plus-Eingang der Subtraktionsstufe 58 eingespeist wird. Diese Subtraktionsstufen 57, 58 geben ein Paar von Spannungssignalen Var¹, VaI¹ ab, die in ein ODER-Gatter 60 eingespeist werden, indem sie zur Erzeugung eines Ausgangsspannungssignals Va' logisch addiert werden. Dieses Signal ist ein Maß für den Absolutwert der Spannungsdifferenz am Elektromotor 20 und wird in einen Plus-Eingang einer weiteren Subtraktionsstufe 61 eingespeist, die an einem Minus-Eingang mit einem den Ankerstrom repräsentierenden Signal Vm¹ als Spannungsausgangssignal eines Gleichspannungsverstärkers 63 gespeist wird. Der Verstärker 63 erhält als Eingangssignal ein Gleichspannugnssignal Vm, das dadurch entsteht, daß die Spannung des erdseitigen Anschlusses 51 der Brücke 49 bezogen auf Masse am positiven Anschluß des Widerstandes 52 über ein Tiefpaßfilter 62 geleitet wrid.

In der vorstehend beschriebenen Schaltung besitzt das in den Plus-Eingang der Subtraktionsstufe 61 eingespeiste Signal Va¹ einen Spannungspegel, der dem Effektivwert der Spannung Va am Elektromotor 20 entspricht. Andererseits besitzt das in den Minus-Eingang der Subtraktionsstufe 61 eingespeiste Signal VM.¹ einen Spannungspegel entsprechend dem auf Masse bezogenen Potential am postiven Anschluß des Widerstandes 52, das ein Maß für den Effektivwert des Ankerstroms Io ist. Besitzt der Gleichspannungsverstärker 63 den richtigen Verstärkungsfaktor, so liefert die Subtranktionsstufe 61 an ihrem Ausgang ein Rückkoppelspannungs'signal Vf entsprechend der am Motor 20 als Funktion des auf ihn wirkenden Lastmomentes erzeugten Gegen-EMK. Der Pegel des von der Subtraktionsstufe gelieferten Ausgangsspannungssignals Vf ist daher proportional zur Drehung N des Elektromotors 20.

-2A-

Gemäß Fig. 1 wird das Ausgangssignal Vf der Subtraktionsstufe 61 in einen Minus-Eingang des vorgenannten Differenzverstärkers 41 eingespeist, der seinerseits das
Spannungssignal VP1 abgibt, dessen Pegel sich proportional zur Differenz des Spannungssignal VP und des Spannungssignals Vf ändert, wobei der Pegel des erstgenannten Signals proportional zur relativen Winkeldifferenz dP und
der Pegel des letztgenannten Signals proportional zur
Drehung N des Elektromotors 20 ist. Das Signal VP1 wird sodann in den Komparator 43 eingespeist, indem es zur Erzeugung des rechteckförmigen Impulssignals VP2 verarbeitet wird, das in der Schaltstufe 42 zur Ansteuerung des Elektromotors 20 in einer der beiden gewünschten Drehrichtung im oben beschriebenen Sinne ausgenutzt wird.

Als Ergebnis wird die Ausgangswelle 4 durch den Elektromotor 20 mit sich ändernder Drehzahl gedreht, wobei die Änderung proportional zur relativen Winkeldifferenz dP
als Phasendifferenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1, 4 ist.

Im folgenden wird das in den Minus-Eingang des Differenzverstärkers 41 einzuspeisende Rückkoppelspannungssignal Vf beschrieben. Die von den Subtraktionsstufen 57, 58
abgegebenen Signale Var', VaI' liegen als Spannungssignale folgender Form vor:

Var' = A1 χ (Var - VaI); und
VaI' = A1 χ (VaI - Var),

darin bedeutet A1 einen Verstärkungsfaktor, der auf der positiven Seite im wesentlichen Null wird, wenn an der
Subtraktionsstufe 57 Var < VaI und an der Subtraktionsstufe 58 Var > VaI ist, wie dies dem Fall der vorgenannten Subtraktionsstufen 36, 37 entspricht.

· 3539105 -γι-

Das Ausgangssignal Va¹ des ODER-Gatters 60 in Form der logischen Summe der vorgenannten Signale Var¹, VaI¹ besitzt daher einen Spannungspegel, der immer dem Absolutwert als ein Effektivwert der in den Anker des Elektromotors 20 eingespeisten Spannung Va entspricht. Daher gilt:

Va' = A1 χ I Var - VaI | = A1 χ | Va | (1 )

Andererseits besitzt das Signal Vm, das durch die Weiterführung des Potentials am positiven Anschluß des Widerstandes 52 über das Tiefpaßfilter 62 gewonnen wird, den Spannungspegel:

Vm = Ra χ Im (2)

Darin bedeutet Ra den Widerstandswert des Widerstandes und Im den Mittelwert als Effektivwert des Ankerstroms Io.
20

Es gilt weiterhin die Beziehung:

Va = Im χ Rm + Vs (3)

Darin bedeuten Rm den Innenwiderstand des Elektromotors und Vs eine Induktionsspannung als Gegen-EMK des Motors

Das Signal Vm wird durch den Verstärker 63 verstärkt, so daß sich das Ausgangssignal Vm¹ gemäß folgender Beziehung ergibt:

Vm¹ = A2 χ Vm ' (4)

Darin bedeutet A2 einen Verstärkungsfaktor. 35

-2Q-

Die Signale Va¹ und Vm¹ werden in den Plus- und den Minus-Eingang der Subtraktionsstufe 61 eingespeist um das Rückkoppelsignal Vf gemäß folgender Beziehung zu erzeugen:

Vf = A3 χ (Va' - Vm¹) (5)

Darin bedeutet A3 einen Verstärkungsfaktor.

Durch Einsetzen der Gleichung (1) in die Gleichung (3) ergibt sich:

Va¹ = A1 χ I fm χ Rm + Vs I (6)

Rm ist dabei immer ein positiver Wert während Im χ Rm und Vs das gleiche Vorzeichen besitzen, wenn der Ankerstrom Io eine der beiden Stromflußrichtungen besitzt. Die Gleichung (6) kann daher auch folgendermaßen geschrieben werden:

Va' = A1 χ Rm χ I Im I + A1 χ | Vs (6' )

Durch Einsetzen der Gleichung (4) in Gleichung (2) ergibt sich:
25

Vm' = A2 χ Ra χ Im (7)

Durch Einsetzen der Gleichungen (6¹) und (7) in Gleichung (5) ergibt sich:
30

Vf = A3 χ (A1 χ Rm χ | Im | + A1 χ | Vs |

- A2 χ Ra χ Im) (8)

Da das Potential am positiven Anschluß des Widerstandes hinsichtlich des Vorzeichens konstant ist, besitzt der Stromwert Im in den Gleichungen (2) und (7) als Basis

-24-

für die Festlegung des Signals Vm¹ durch den Widerstand 52 immer einen positiven Wert.

Der Wert von Im im Ausdruck A2 χ Ra χ Im in Gleichung (8) ist daher immer positiv.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Verstärkungsfaktor A1 der Subtraktionsstufe 57, 58 sowie der Verstärkungsfaktor A2 des Verstärkers 63 folgendermaßen festgelegt:

A1 χ Rm = A2 χ Ra

Durch Eliminieren der Ausdrücke A1 χ Rm χ j Ira | und A2 χ Ra χ Im in Gleichung (8) ergibt sich folgende Beziehung:

Vf = A3 χ Al χ I Vs I (9)

Wie beschrieben, ist die Spannung Vs die Induktionsspannung als Gegen-EMK des Elektromotors 20, die ihrerseits proportional zur Drehzahl N des Motors ist, so daß folgende Beziehung gilt:

Vs = Ke χ Ν (10)

Darin bedeutet N die Drehzahl ausgedrückt in Umdrehungen pro Zeiteinheit unter Berücksichtigung der Drehrichtung und Ke einen Koeffizienten der Spannungsinduktion ausgedrückt in Volt pro Umdrehungen pro Zeiteinheit.

Durch Einsetzen von Gleichung (10) in Gleichung (9) ergibt sich:

Vf = A3 χ A1 χ J Ke χ N I
= A3 x A1 χ Ke χ I N I
= k χ I N I (11 )

-25-darin k = A3 χ Α1 χ Ke.

Aus Formel (11) ist zu ersehen, daß das Ausgangssignal Vf der Subtraktionsstufe 61 eine dem Absolutwert der Drehzahl N des Elektromotors 20, d.h., der Anzahl von Umdrehungen pro Zeiteinheit proportionale Spannung besitzt.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist das in den Plus-,Q Eingang des Differenzverstärkers 41 einzuspeisende Spannungssignal VP ein die relative Winkeldifferenz dP in Umfangsrichtung als Phasendifferenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1, 4 repräsentierendes Signal, wobei die in den Elektromotor 20 einzuspeisende ^ ι- Spannung Va dem Ausgangssignal VP1 des Verstärkers 41 entspricht, während das Signal VP1 durch Gegenkopplung des Spannungssignals Vf zum Spannungssignal VP erhalten wird. Das Signal Vf entspricht dabei der Drehzahl N des Elekromotors 20, so daß das Signal Va eine im wesentlichen zur Spannung des Signals VP proportionale Spannung besitzt. Der Elektromotor 20 wird daher im Sinne der Drehung mit einer Drehzahl N proportional zur Phasendifferenz dP zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1,4 angesteuert.

Die Schaltungsteile 56, 59, 57, 58, 60, 51, 62, 63 und 61 arbeiten derart zusammen, daß das Signal Vf entsprechend der Drehzahl N des Elektromotors 20 rückgekoppelt wird, wodurch die Drehung des Motors als Funktion des _on Signals VP stabilisiert wird. Gemäß den vorstehenden Aus- ' führungen wird bei dieser Ausführungsform der elektromagnetischen Servoanordnung die Anzahl der Umdrehungen bzw. die Drehzahl N des Elektromotors 20 als Funktion der relativen Winkeldifferenz als Phasendifferenz zwi-

_o_ sehen der Eignangs- und der Ausgangswelle 1, 4 so ge-

steuert, daß der Elektromotor 20 in Abhängigkeit von den

Wirkungen der Wellen T, 4 hinsichtlich der Drehzahl gesteuert werden kann.

Wird beispielsweise vom Steuerrad ein Steuerdrehmoment weich auf die Eingangswelle 1 zur Einwirkung gebracht, wenn die relative Winkeldifferenz dP zwischen der Eingangs- und der Ausgangswelle 1, 4 in einem relativ kleinen Winkel zum Ausdruck kommt, so wird der Elektromotor 20 derart angesteuert, daß er mit relativ kleinen Drehzahlen rotiert, wobei durch die Reduktionsgetriebezahnräder 32, 33 ein Hilfsdrehmoment auf die Ausgangswelle 4 zur Einwirkung gebracht wird, so daß sich diese mit relativ kleinen Geschwindigkeiten in eine Stellung bewegt, in der die Eingangswelle 1 gedreht wird.

Wird andererseits das Steuerdrehmoment plötzlich auf die Eingangswelle 1 zur Einwirkung gebracht, wenn die relative Winkeldifferenz dP zwischen den Wellen 1, 4 in Form eines relativ großen Winkels vorliegt, so wird der Elektromotor 20 derart angesteuert, daß er mit relativ großen Drehzahlen rotiert, wobei die Ausgangswelle 4 mit relativ großen Geschwindigkeiten in eine Stellung bewegt wird, in der die Eingangswelle 1 gedreht wird. Da sich die Ausgangswelle 4 jedoch der Drehstellung der Eingangswelle 1 annähert, wird die relative Winkeldifferenz dP zwischen den Wellen 1, 4 kleiner, so daß die Drehzahl N des Elektromotors 20 reduziert wird.

Aufgrund einer derartigen Drehzahlsteuerung des Elektromotors 20 dreht sich die Ausgangswelle 4 folgend auf die Drehung der Eingangswelle 1 glatt, ohne daß eine Verzögerung auftritt. Als Funktion der Nachlaufdrehung der Ausgangswelle 4 in Bezug auf die Eingangswelle 1 wird weiterhin die Drehzahl N des Elektromotors 20 automatisch in siGh graduell reduzierender Weise mit einer Abnahme der relativen Winkeldifferenz dP geändert, wodurch ein

-γι-

Überdrehen der Ausgangswelle aufgrund des Trägheitsmomentes des Rotors 26 des Motors 20 wirksam verhindert wird.

Mit anderen Worten ausgedrückt, bedeutet das, daß bei Drehung der Eingangswelle 1 der Elektromotor 20 und damit die Ausgangswelle 4 im Sinne eines Nachlaufs in Bezug auf die Drehung der Eingangswelle 1 in stabiler Weise gesteuert werden, wobei ein günstiges Ansprechvermögen realisiert ist.

Bei der Nachlaufdrehung der Ausgangswelle 4 als Funktion der Drehung der Eingangswelle 1 wird weiterhin die Drehzahl N des Elektromotors 20 durch Ausnutzung der relativen Winkeldifferenz dP so gesteuert, daß sie in Abhängigkeit von der Größe der als Drehmoment auf die Ausgangswelle 4 wirkenden Last geändert wird. Dreht sich die Eingangswelle 1 schnell, so daß sich eine relativ große Winkeldifferenz dP in Bezug auf die Ausgangswelle 4 ergibt, wenn die auf die Ausgangswelle 4 wirkende Last kleiner als beabsichtigt ist, so tendiert die Drehzahl N des elektrischen Gleichstrommotors 20 aufgrund von dessen eigenen Betriebseigenschaften zu einer Verschiebung in einen hohen Drehzahlbereich, wobei ein durch das Signal VP gegebener Punkt überschritten wird. Wenn die Drehzahl N jedoch - wenn auch geringfügig - größer wird, besitzt das Rückkoppelsignal Vf gemäß der Gleichung (11) eine entsprechend vergrößerte Spannung, so daß die Spannung Va am Elektromotor 20 durch die Wirkung der Schaltungsteile 44, 43, 42 und 49 reduziert wird, wodurch eine Zunahme der Drehzahl N verhindert wird.

Mit anderen Worten ausgedrückt, wird die Drehung der Ausgangswelle 4 im Sinne eines Nachlaufs in Bezug auf die Eingangswelle 1 in stabiler Weise gesteuert, wobei ein

günstiges Ansprechvermögen sichergestellt ist und auch das auf die Ausgangswelle 4 wirkende Lastdrehmoment ausreichend berücksichtigt wird.

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Claims

Patentanwälte Dipl.-Ing. H. Weigkm-λνν, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, DiplJ.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska, Dipl.-Phys* Dr. J. Prechtel 8000 MÜNCHEN 86 POSTFACH 860 820 . -ij s. Γ ■ MÖHLSTRASSE 22 TELEFON (0 89)980352 TELEX 522621 TELEGRAMM PATENTWF.ICKMANN MÜNCHEN Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha 1-1, Minami-aoyama 2-chome, Minato-ku, Tokyo, Japan Elektromagnetische Servoanordnung Patentansprüche

1. Elektromagnetische Servoanordnung (200) mit einer Eingangswelle (1),
einer Ausgangswelle (4),
einem Elektromotor (20) zur Erzeugung eines der Ausgangs-

welle (4) aufzuprägenden Hilfsdrehmomentes^, \

einem Detektor (13) zur Erfassung einer Phasendifferenz (dP) zwischen Eingangswelle (1) und Ausgangswelle (4) und einer Steuerschaltungsanordnung (100) zur Erzeugung eines Steuersignals (Va) für den Motor (20) zwecks Zuführung eines Ankerstroms (Io) gesteuerter Größe in gesteuerter Flußrichtung als Funktion eines Detektorsignals (Vr, Vl) vom Detektor (13), dadurch gekennzeichnet, daß
die das Steuersignal (Va) für den Motor (20) erzeugende Steuerschaltungsanordnung (100) zur Steuerung der Drehzahl (N) des Motors (20) als Funktion des Detektorsignals (Vr, Vl) dient.

2. Elektromagnetische Servoanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltungsanordnung (100) das Steuersignal (Va) dem Motor (20)

zuführt, um die Drehzahl (N) des Motors (20) proportional zur Größe der Phasendifferenz (Dp) zwischen der Eingangswelle (1) und der Ausgangswelle (4)

zu machen.
5

3. Elektromagnetische Servoanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltungsanordnung (100) folgende Komponenten umfaßt:

eine erste Schaltung (71) zur Erzeugung eines Phasendifferenz-Größensignals (VP) und eines Phasendifferenz-Richtungssignals (VR, VL) als Funktion des Detektorsignals (Vr, Vl) vom Detektor (13), welche die Größe und die Richtung der Phasendifferenz (Dp) repräsentieren,

eine zweite Schaltung (72), welche das Phasendifferenz-Größensignal (VP) und das Phasendifferenz-Richtungssignal (VR, VL) aufnimmt und als Funktion dessen das in den Motor (20) einzuspeisende Steuersignal (Va) erzeugt,

wobei die zweite Schaltung (72) das Steuersignal (Va) derart erzeugt, daß dieses eine Spannungspolarität, welche vom Phasendifferenz-Richtungssignal (VR, VL) festgelegt ist, und einen Spannungspegel besitzt, der proportional zu einem Signalwert des Phasendifferenz-Größensignals (VP) gesteuert ist.

4. Elektromagnetische Servoanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltungsanordhung (100) weiterhin eine der zweiten Schaltung (72) zugeordnete dritte Schaltung (56, 59, 57, 58, 60, 52, 62, 63, 61, 41) aufweist, durch die dem Phasendifferenz-Größensignal (VP) ein Signal (Vf) zurückgeführt wird, das den Absolutwert

der Drehzahl (N) des Motors (20) repräsentiert.

5. Elektromagnetische Servoanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Geschwindig-5 keitsreduzierungsmechanismus (32, 33), zur Übertragung des Drehmomentes des Motors (20) zur Ausgangswelle (4) in die Geschwindigkeit reduzierender Weise.