DE3710842C2 - Elektromagnetische Bremsanordnung, insbesondere für Ergometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Bremsan­ ordnung, insbesondere für ein Ergometer, gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Aus der int. Anmeldung WO 82/769 ist ein Ergometer bekannt, welches einen über ein Planetengetriebe ange­ triebenen elektrischen Generator umfaßt. Der Generator hat eine aus externen Stromquellen erregte Erregerwick­ lung und eine Dreiphasen-Generatorwicklung, an die ex­ terne Belastungswiderstände angeschlossen sind. Der Er­ regerstrom der Erregerwicklung ist zur Einstellung des Bremsmoments regelbar. Die Notwendigkeit, externe Strom­ quellen für die Erregung des Generators zur Verfügung zu haben, begrenzt die Anwendungsmöglichkeiten.

Aus dem US-Patent 4 084 810 ist ein Ergometer bekannt, dessen Stator mit einem Drehfeld erregt wird. Das Dreh­ feld erzeugt in einem Wirbelstromläufer ein Bremsmoment selbst dann, wenn der Läufer mit vergleichsweise geringer Drehzahl angetrieben wird. Auch bei diesem bekannten Er­ gometer ist jedoch für den Betrieb eine externe Strom­ quelle erforderlich.

In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmel­ dung P 36 31 672.5, die dem Oberbegriff des An­ spruchs 7 zugrundeliegt wird eine elektromagnetische Bremsan­ ordnung für ein Ergometer vorgeschlagen, welche einen Stator und einen relativ zu dem Stator bewegbaren Rotor umfaßt. Der Stator und der Rotor bilden mehrpolige Weich­ eisenkreise, die sich zu einem magnetischen Kreis schließen. Einer der Teile trägt eine Erregerwicklung, während der andere Teil eine Gene­ ratorwicklung und eine Kurzschlußwicklung aufweist. Die Erregerwicklung wird durch Strom aus der Generatorwick­ lung gespeist und induziert in der Kurzschlußwicklung Ströme, deren Magnetfeld die Relativdrehung von Stator und Rotor bremst. Das Bremsmoment wird durch eine Regel­ schaltung, die den aus der Generatorwicklung zugeführten Erregerstrom steuert, auf einem vorbestimmten Sollwert gehalten. Die Regelschaltung wird ebenfalls aus der Ge­ neratorwicklung mit Betriebsspannung versorgt. Eine elektromagnetische Bremsanordnung dieser Art bildet eine sehr kompakte Einheit und ist ohne externe Stromquellen und Belastungswiderstände funktionsfähig.

Bei der in der deutschen Patentanmeldung P 36 31 672.5 vorgeschlagenen Bremsanordnung wird die Generatorwicklung durch remanenzmagnetische Eigenschaften des der Erreger­ wicklung zugeordneten Weicheisenkreises anfänglich selbst erregt.

Aus "Der Elektromeister", Heft 4, 1962, S. 192 und 193 ist es bekannt, einen Generator mittels der Remanenz des Läufers derart zu erregen, daß der von der Rema­ nenzspannung bewirkte Strom über den Hauptgleichrichter zur Ver­ größerung der Erregung der Erregerwicklung zugeführt wird. Da die Remanenzspannung kleiner als eine für einen Betrieb des Haupt­ gleichrichters erforderliche Mindestspannung ist, sind weitere Hilfsmittel (Permanent magnete) zur Vergrößerung der in der Haupt­ wicklung induzierten Anfangsspannung vorgesehen.

"Der Elektromeister" zeigt somit grundlegend die bei der Bereit­ stellung einer ausreichenden Anfangserregung für einen selbster­ regten Generator (ohne zusätzliche äußere Stromquellen) auftre­ tenden Probleme, die auch dem Anmeldungsgegenstand zugrunde lie­ gen.

Das US-Patent 3699416 zeigt eine Bremskraftregelung für einen mehr­ phasigen Induktionsmotor, bei der eine Drehzahl eines Rotors er­ faßt und durch einen Vergleich mit einem Sollwert ausgewertet wird. Ist die Rotordrehzahl näher als der Sollwert, geht die Rege­ lung zum Bremsbetrieb über, wobei die Rotorwicklung von der Hauptstromversorgung abgekoppelt und mit der Statorwicklung über einen Gleichrichter zur Erzeugung von Bremskräften verbunden wird. Da­ bei erfolgt eine Steuerung der Bremskraft (des Bremsstroms) wäh­ rend des Bremsvorgangs durch entsprechendes Schalten des Haupt­ thyristors 90 (Sp. 1, letzter Absatz und Sp. 8, 2. Absatz in Ver­ bindung mit den Fig. 1 und 2).

Ferner zeigt die DE-OS 31 39 056 eine Wirbelstrombremseinrichtung für ein Ergometer, bei der eine feststehende Erregerspule in einer rotierenden Scheibe Wirbelströme induziert. Die Steuerung der Bremskraft erfolgt durch eine Steuerung des der Erregerspule zuge­ führten Stroms, wobei eine voreinstellbare Leistung in Verbindung mit der von einem Probenden (Trainierenden) aufgebrachten Leistung zur Stromsteuerung ausgewertet wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromagne­ tische Bremsanordnung der eingangs genannten Art derart auszuge­ stalten, daß ohne Verwendung externer Stromquellen bereits bei sehr kleinen Rotordrehzahlen das Bremsmoment einstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzei­ chen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Im Rahmen der Erfindung wird der in Serie zur Erreger­ wicklung geschaltete, den Erregerstrom steuernde Transi­ stor nicht nur von einem Verstärker abhängig vom Soll­ wert-Istwert-Vergleich gesteuert, sondern ist auch über eine Koppelschaltung mit der Generatorwicklung verbunden. Die Koppelschaltung ist so bemessen, daß sie den Tran­ sistor in seinen vollständig aufgesteuerten, d. h. leiten­ den Zustand zu steuern sucht. Die aus der Generatorwick­ lung mit Betriebsspannung versorgte Regelschaltung über­ steuert die Koppelschaltung, wenn die Spannung der Gene­ ratorwicklung für den Betrieb der Regelschaltung und ins­ besondere ihres Verstärkers ausreicht. Die Koppelschal­ tung steuert den Transistor bei einer Generatorwicklungs­ spannung durch, die kleiner ist als die Nennbetriebsspan­ nung dieses Verstärkers. Unter Nennbetriebsspannung des Verstärkers soll hier und im folgenden eine Spannung ver­ standen werden, die eine Aussteuerung des Verstärkers in dem für die Regelschaltung vorgesehenen Regelbereich er­ möglicht.

Die Koppelschaltung sorgt dafür, daß der Transistor be­ reits bei sehr kleiner, durch die remanenzbedingte Selbsterregung hervorgerufenen Spannung der Generator­ wicklung aufsteuert und unabhängig vom Betriebszustand der Regelschaltung ein Erregerstrom durch die Erreger­ wicklung fließt, der das remanenzmagnetisch erregte Magnetfeld verstärkt. Damit steigt die Generatorspannung schlagartig an und liefert ausreichend Betriebsspannung für den Betrieb der Regelschaltung, die damit das Brems­ moment auf einen vorbestimmten Sollwert einregelt.

Bei der Koppelschaltung handelt es sich in diesem Zusam­ menhang zweckmäßigerweise um einen Widerstand, der die Basis des Transistors mit dem kollektorseitigen Anschluß einer der Generatorwicklung nachgeschalteten Gleichrich­ terschaltung unmittelbar verbindet. Hierdurch wird er­ reicht, daß die Basis bereits bei sehr geringen Strömen auf Kollektorpotential liegt und der Transistor voll auf­ steuert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zur Erfassung des Erregerstrom-Istwerts in Serie zur Erregerwicklung ein Strommeßwiderstand geschaltet, an welchem eine dem Erregerstrom proportionale Spannung abfällt. Diese den Istwert bildende Spannung wird in einem Spannungsver­ stärker verstärkt, bevor sie mit der aus einer Referenz­ spannungsquelle zugeführten Sollwertspannung in dem als Differenzverstärker ausgebildeten, den Transistor steu­ ernden Verstärker verglichen wird. Auf diese Weise kann nicht nur ein vergleichsweise kleiner Strommeßwiderstand benutzt werden, sondern es kann auch das Bezugspotential der Referenzspannungsquelle geeignet gewählt werden, bei­ spielsweise so, daß die Sollwertspannung den Wert null hat, wenn die Regelschaltung innerhalb des Regelbereichs den Drehmomentwert null einstellt. Dies erleichtert die Steuerung der Regelschaltung durch externe Schaltungen, beispielsweise einem Mikroprozessor. Wird als Referenz­ spannungsquelle ein über eine Spannungsstabilisierungs­ schaltung mit der Generatorwicklung verbundenes Potentio­ meter benutzt, wird auf diese Weise erreicht, daß die Einstellung des Sollwerts vom Gesamtwiderstand des Po­ tentiometers unabhängig ist und lediglich von der Stel­ lung seines Schleifers abhängt.

Zweckmäßigerweise ist der das Strom-Istsignal verstär­ kende Spannungsverstärker über eine einstellbare Span­ nungsteilerschaltung an den den Transistor steuernden Differenzverstärker angeschlossen. Diese einfache Maß­ nahme erlaubt den einfachen Nullpunktabgleich der Brems­ anordnung.

Für eine Vielzahl Anwendungsfälle ist es wünschenswert, ein dem Istwert des Bremsdrehmoments entsprechendes Signal für Anzeigezwecke oder Aufzeichnungszwecke zur Verfügung zu haben. Um zusätzliche Drehmomentsensoren zu vermeiden, wird unter einem weiteren Aspekt der Erfin­ dung der Erregerstrom der Erregerwicklung als Maß für das Drehmoment ausgewertet. Allerdings existiert nicht im gesamten Einstellbereich des Bremsmoments eine linea­ re Beziehung zwischen dem Erregerstrom und dem Bremsmo­ ment. Bei geringen Erregerströmen ist das tatsächlich erreichte Bremsmoment erheblich kleiner. Um diesen Feh­ ler auszugleichen, ist ein Differenzverstärker vorgese­ hen, der von einem dem Erregerstrom proportionalen er­ sten Spannungssignal ein zweites Spannungssignal subtra­ hiert, dessen Größe sich abhängig von dem Erregerstrom ändert. In dem zu kompensierenden Bereich des Erreger­ strom-Bremsmoment-Zusammenhangs ist das zweite Spannungs­ signal klein für geringe Werte des Erregerstroms und nimmt mit wachsendem Erregerstrom zu. Zweckmäßigerweise ist eine Begrenzerschaltung vorgesehen, die das zweite Spannungssignal bei Übergang in den Bereich linearen Zusammenhangs zwischen Erregerstrom und Bremsmoment auf einem vorgegebenen maximalen Spannungspegel begrenzt. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das zweite Span­ nungssignal aus der Generatorspannung abgeleitet, da die Generatorspannung den gewünschten Änderungsverlauf hat.

Bedingt durch Remanenz der Eisenkreise ergibt sich jedoch eine gewisse Hysterese des abhängig vom Erregerstrom er­ zeugten Drehmomentsignals. Das Drehmomentsignal repräsen­ tiert mit anderen Worten bei Zunahme des Erregerstroms einen anderen Drehmomentwert als bei Reduzierung des Er­ regerstroms. Um diese unerwünschte Eigenschaft zu kompen­ sieren, kann ein Differenzierglied vorgesehen sein, wel­ ches abhängig von der Änderungsgeschwindigkeit des Erre­ gerstroms den Istwert des Erregerstroms korrigiert. Eine Dioden-Koppelschaltung sorgt hierbei dafür, daß das erste Spannungssignal lediglich bei einer Verringerung des Er­ regerstroms erhöht wird.

Für manche Anwendungsfälle ist es wünschenswert, ein der Drehzahl proportionales Signal zur Verfügung zu haben. Da die Generatorwicklung Wechselstrom erzeugt, kann mittels einer Schmitt-Triggerstufe unmittelbar ein durch seine Impulsfolgerate die Drehzahl repräsentierendes Impuls­ signal erzeugt werden. Zweckmäßigerweise ist jedoch die Schmitt-Triggerstufe über einen Einweg-Gleichrichter an die Generatorwicklung angekoppelt, um die aufgrund der Mehrpoligkeit des Eisenkreises vergleichsweise hohe Im­ pulsrate zu erniedrigen.

Im Betrieb liefert die Generatorwicklung mehr Energie als zur Steuerung der Bremsanordnung erforderlich ist. Durch eine zusätzliche Spannungsstabilisierungschaltung kann eine stabilisierte Gleichspannung für externe Verbrau­ cher, wie zum Beispiel Akkumulatoren oder Leuchtdioden- Anzeigefelder oder dergleichen, vorgesehen sein.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt teilweise in Blockform ein Schaltbild einer elektromagnetischen Bremseinrichtung, insbesondere für ein Ergometer.

Die elektromagnetische Bremseinrichtung umfaßt einen bei 1 angedeuteten mehrpoligen Stator sowie einen um eine Drehachse rotierend antreibbaren, mehrpoligen Rotor 3. Der Stator 1 ist vorzugsweise als Klauenpolrad ausgebil­ det und bildet einen Weicheisenkreis, der zumindest teil­ weise aus remanenzmagnetischem Stahl, beispielweise Stahl C-35, besteht, wobei die Remanenzinduktion jedoch wesent­ lich kleiner sein soll als die Sättigungsinduktion, um die nachfolgend noch näher erläuterte Erregerstromrege­ lung zu ermöglichen. Der Rotor besteht vorzugsweise aus einem geblechten Weicheisen-Jochring, der den Stator 1 eng, jedoch berührungsfrei, umschließt. Der Stator 1 trägt eine Erregerwicklung 5, die zwischen den in Umfangsrich­ tung einander abwechselnden Klauenpolen des Klauenpolrads ein in Umfangsrichtung wechselndes Feld erzeugt. In Nuten des Jochrings des Rotors 3 sind Spulen einer Generator­ wicklung 7 als auch einer Kurzschlußwicklung 9 eingelegt. Bei der Relativdrehung von Rotor 3 und Stator 1 induziert das von der Erregerwicklung 5 erzeugte Magnetfeld in der Generatorwicklung 7 eine Wechselspannung, die in nachfol­ gend erläuterter Weise zur Erregung der Erregerwicklung 5 ausgenutzt wird. Darüberhinaus wird in der Kurzschluß­ wicklung 9 ein Kurzschlußstrom induziert, dessen Magnet­ feld ein Bremsmoment auf den Rotor 3 ausübt und von der Höhe des Erregerstroms der Erregerwicklung 5 abhängt, wie dies im einzelnen in der vorstehend erwähnten deutschen Patentanmeldung P 36 31 672.5 erläutert ist.

Die in der Generatorwicklung 7 erzeugte Wechselspannung wird in einem Vollweggleichrichter 11 gleichgerichtet. An den Gleichrichter 11 ist die Serienschaltung der Erreger­ wicklung 5, der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transi­ stors 13 und eines Strommeßwiderstands 15 angeschlossen. Der Transistor 13 bildet das Stellglied eines Stromregel­ kreises und steuert den Erregerstrom der in seinem Kol­ lektorkreis liegenden Erregerwicklung 5. Der Strommeßwi­ derstand 15, der einen sehr geringen Widerstandswert von beispielsweise 0,2 Ohm hat, um den Spannungsabfall gering zu halten, liegt im Emitterkreis des Transistors 13. An die Basis des Transistors 13 ist ein Differenzverstärker 17 angeschlossen, der an seinem nicht invertierenden Ein­ gang eine einstellbare, den Sollwert des Erregerstroms festlegende Bezugsspannung aus einer allgemein mit 19 be­ zeichneten Referenzspannungsquelle aufnimmt. Dem invertie­ renden Eingang des Differenzverstärkers 17 wird eine dem Istwert des Erregerstroms proportionale Spannung zuge­ führt. Die Istwertspannung wird von einem nicht invertie­ renden Spannungsverstärker 21 erzeugt, der die an dem Strommeßwiderstand 15 abfallende, dem Erregerstrom pro­ portionale Spannung verstärkt. An den Ausgang des Ver­ stärkers ist eine Spannungsteilerschaltung aus einem Festwiderstand 23 und einem Einstellwiderstand 25 an­ geschlossen, die die Ausgangsspannung des Spannungsver­ stärkers 21 einstellbar teilt und dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 17 zuführt. Die Strom­ regelschaltung hält den Erregerstrom der Erregerwicklung 5 und damit das von der Kurzschlußwicklung 9 erzeugte Bremsmoment auf einem an der Referenzspannungsquelle 19 eingestellten Wert konstant. Der Nullpunkt des Brems­ moments kann an dem Einstellwiderstand 25 abgeglichen werden.

Die Referenzspannungsquelle 19 umfaßt eine Spannungs­ stabilisierungsschaltung 27, die über eine weitere Spannungsstabilisierungsschaltung 29 an die Gleich­ spannungsanschlüsse des Gleichrichters 11 angeschlossen ist, sowie ein Einstellpotentiometer 31, dessen Schleifer 33 mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzver­ stärkers 17 verbunden ist. Da der Differenzverstärker 17 Spannungspotentiale vergleicht, deren Nullpunkt abgegli­ chen werden kann, ist dem Drehmomentwert null das Aus­ gangspotential null der Referenzspannungsquelle 19 zu­ geordnet. Dem maximalen Bremsmoment ist die maximale Aus­ gangsspannung der Spannungsstabilisierungsschaltung 27 zugeordnet. Die Referenzspannungsquelle 19 ist damit vom Gesamtwiderstandswert des Potentiometers 31 unabhängig. Dies hat den Vorteil, daß der Widerstand von Zuleitungen oder dergleichen unberücksichtigt bleiben kann, und es hat ferner den Vorteil, daß dem nicht invertierenden Ein­ gang des Differenzverstärkers 17 aus anderen, beispiels­ weise externen Steuerquellen, wie zum Beispiel Mikropro­ zessoren und dergleichen Sollwertspannungen zugeführt werden können. Die Spannungsstabilisierungsschaltung 27 liefert einen Konstantspannungspegel, der niedriger ist als der Konstantspannungspegel der Spannungsstabilisie­ rungsschaltung 29 und dem üblichen Ausgangspegel derar­ tiger externer Steuerschaltungen angepaßt ist.

Die Spannungsstabilisierungsschaltung 29 liefert an ihrem Ausgang 35 die Betriebsspannung für den Differenzverstär­ ker 17, den Spannungsverstärker 21 sowie sämtlicher wei­ terer nachfolgend erläuterter aktiver Komponenten der Bremsanordnung, insbesondere eines Differenzverstärkers 37, eines weiteren Differenzverstärkers 39, eines Span­ nung-Frequenz-Wandlers 41 sowie eines Schmitt-Triggers 43. Diese Komponenten haben bei 45 angedeutete Betriebs­ spannungsanschlüsse, die mit dem Ausgang 35 der Span­ nungsstabilisierungsschaltung 29 verbunden sind.

Im Betrieb reicht die von der Generatorwicklung 7 erzeug­ te Spannung für die Versorgung der Komponenten, insbeson­ dere der Regelschaltung aus, um ordnungsgemäßes Arbeiten der Regelschaltung ohne zusätzliche externe Spannungs­ quellen sicherzustellen. Problematisch ist jedoch das Einschwingen der Schaltung ausgehend vom stillstehenden Rotor 3. Die Leerlaufspannung der Generatorwicklung 7 ist sehr gering, da die Remanenzinduktion des Stators ver­ gleichsweise gering ist, um möglichst weit außerhalb der Sättigung des Weicheisenkerns des Stators 1 zu bleiben.

Um auch bereits bei sehr geringer Durchflutung in dem durch die Eisenkreise von Stator 1 und Rotor 3 gebildeten Durchflutungskreis eine ausreichend hohe Betriebsspannung zu erreichen, ist die Basis des Transistors 13 über einen Widerstand 47 unmittelbar an den kollektorseitigen An­ schluß der Gleichrichterschaltung 11 angeschlossen. Der Widerstand 47 ist so bemessen, daß der Transistor 13 vollständig aufgesteuert wird, wenn die Ausgangs-Gleich­ spannung der Gleichrichterschaltung 11 die Basis-Emitter- Sperrspannung, die üblicherweise in der Größenordnung von etwa 0,7 V liegt, überschreitet. Der Transistor 13 leitet damit unabhängig davon, ob der Regelschaltung ausreichend Betriebsspannung für deren Funktionsfähigkeit zugeführt wird. Die Ausgangsspannung der Generatorwicklung 7 er­ zeugt damit einen Erregerstrom in der Erregerwicklung 5, der seinerseits zu einer Erhöhung der Generatorspannung führt. Es kommt zu einer schlagartigen Erhöhung der Gene­ ratorspannung über den für den Betrieb der Regelschaltung erforderlichen Wert hinaus, wobei nach Erreichen der Be­ triebsspannung der Regelschaltung der Erregerstrom der Erregerwicklung 5 auf dem durch die Referenzspannungs­ quelle 19 bestimmten, das Bremsdrehmoment festlegenden Wert konstant gehalten wird. Im Regelbetrieb wird der durch den Widerstand 47 gelieferte, den Transistor 13 aufsteuernde Basisstrom durch den Ausgangsstrom des Dif­ ferenzverstärkers 17 kompensiert.

Die Bremsanordnung umfaßt eine Auswerteschaltung, die ein dem Bremsdrehmoment proportionales Signal liefert. Um auf einen zusätzlichen Drehmomentsensor verzichten zu können, wird der Istwert des Erregerstroms der Erregerwicklung 5 ausgewertet, da zumindest in einem Teilbereich ein linea­ rer Zusammenhang zwischen dem Erregerstrom und dem Brems­ drehmoment besteht. Allerdings ist in einem unteren Strombereich das tatsächliche Bremsdrehmoment erheblich kleiner als theoretisch erwartet. Um diese Abweichung zu kompensieren, wird im Bereich kleiner Ströme von dem den Erregerstrom-Istwert und damit das Bremsdrehmoment reprä­ sentierenden Signal in dem Differenzverstärker 37 ein Signal subtrahiert, dessen Größe mit wachsendem Erreger­ strom zunächst zunimmt, bis es nach Erreichen des Strom­ bereichs mit linearem Zusammenhang zwischen Erregerstrom und Bremsdrehmoment konstant bleibt.

Der nichtinvertierende Eingang des Differenzverstärkers 37 ist an eine aus einem Festwiderstand 49 und einem Ein­ stellwiderstand 51 bestehende Spannungsteilerschaltung angeschlossen, die die Ausgangsspannung des Spannungs­ verstärkers 21 mit einstellbarem Teilungsfaktor teilt. Der Differenzverstärker 37 ist durch einen Eingangswi­ derstand 53 an seinem invertierenden Eingang und einen gleich großen Rückkopplungswiderstand 55 als Verstärker mit einer Spannungsverstärkung gleich 1 ausgebildet und über den Eingangswiderstand 53 an eine aus Widerständen 57, 59, 61 gebildete Spannungsteilerschaltung angeschlos­ sen. Die Serienschaltung der Widerstände 57, 59, 61 ist an die Gleichspannungsseite der Gleichrichterschaltung 11 angeschlossen und liefert an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 37 eine von der Ausgangsspannung der Generatorwicklung 7 abhängige Spannung, die mit wach­ sender Erregung durch wachsenden Erregerstrom der Erre­ gerwicklung 5 zunimmt. Der Serienschaltung der Widerstän­ de 59, 61, die für sich wiederum eine Spannungsteiler­ schaltung bilden, ist eine in Sperrichtung gepolte Zener- Diode 63 parallel geschaltet. Die Zener-Spannung der Ze­ ner-Diode 63 ist dem Beginn des Linearbereichs angepaßt und begrenzt die dem invertierenden Eingang des Diffe­ renzverstärkers 37 zugeführte Spannung. Der an den Aus­ gang des Differenzverstärkers 37 angeschlossene Span­ nungs-Frequenz-Wandler 41 liefert ein Impulssignal, des­ sen Impulsrate gleich der Differenz-Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 37 ist und damit ein in digitalen Auswerteschaltungen unmittelbar verwendbares Maß für den Istwert des Bremsdrehmoments ist.

Die Remanenz des Stators 1 führt zu einer gewissen Hyste­ rese des Drehmomentsignals, die sich darin äußert, daß, bezogen auf denselben Strom-Istwert, das Drehmomentsignal bei einer Verringerung des Erregerstroms lediglich einen kleineren Wert erreicht, als bei einer Erhöhung des Erre­ gerstroms. Um diesen Effekt zu kompensieren, ist an den Spannungsverstärker 21 ein Differenzierglied 65 ange­ schlossen, das über eine Diode 67 der dem Erregerstrom proportionalen Spannung am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 17 ein Signal überlagert, welches bei einer Verringerung des Erregerstroms die von dem Spannungsverstärker 21 gelieferte Istwertspannung momen­ tan überhöht. Die Überhöhung der Istwertspannung bewirkt eine momentane Verringerung des tatsächlich in der Erre­ gerwicklung 5 fließenden Erregerstroms, so daß sicherge­ stellt ist, daß der Erregerstrom stets aus derselben Än­ derungsrichtung, hier ansteigend, den Sollwert erreicht. Der Differenzverstärker 47 und dementsprechend der Span­ nungs-Frequenz-Wandler 41 liefert damit stets Bremsdreh­ momentsignale, die das Bremsdrehmoment bei ansteigendem Erregerstrom repräsentieren. Das Differenzierglied 65 ist als aktives Differenzierglied ausgebildet und umfaßt den Differenzverstärker 39, welcher als invertierender Verstärker genutzt wird. Der invertierende Eingang des Verstärkers 39 ist über einen Kondensator 69 an den Ausgang des Spannungsverstärkers 21 angeschlossen und über einen Rückkopplungswiderstand 71 mit dem Ausgang des Verstärkers 39 verbunden.

Die Schaltung liefert am Ausgang des Schmitt-Triggers 43 ein Impulssignal, dessen Impulsrate der Drehzahl des Ro­ tors 3 proportional ist. Die Schmitt-Triggerstufe 43 ist hierzu über einen Einweggleichrichter, hier eine einfache Diode 73, unmittelbar an die eine Wechselspannung lie­ fernde Generatorwicklung 7 angeschlossen. Durch Verwen­ dung eines Einweggleichrichters kann die aufgrund der Mehrpoligkeit des Rotors 3 vergleichsweise hohe Frequenz erniedrigt werden.

Schließlich ist an die Gleichspannungsseite der Gleich­ richterschaltung 11 eine zusätzliche Spannungsstabilisie­ rungsschaltung 75 angeschlossen, aus der zusätzliche, beispielsweise externe Verbraucher, wie zum Beispiel Hilfsakkumulatoren externer Steuerschaltungen oder ex­ terne Anzeigeeinrichtungen, wie zum Beispiel Leuchtdio­ denfelder und dergleichen, gespeist werden können.

Claims (15)

1. Elektromagnetische Bremsanordnung, insbesondere für ein Ergometer,
mit einem Stator (1) und einem Rotor (3), deren Eisen­ teile einen mehrpoligen magnetischen Kreis bilden, mit einer Generatorwicklung (7) und einer Kurzschlußwick­ lung (9) auf einem ersten der beiden Eisenteile, mit ei­ ner aus der Generatorwicklung (7) gespeisten Erreger­ wicklung (5) auf einem zweiten der beiden Eisenteile und mit einer Regelschaltung (13-21) zur Regelung des der Erregerwicklung (5) aus der Generatorwicklung (7) Zuge­ führten Stroms,
dadurch gekennzeichnet, daß die Regelschaltung (13-21) einem mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke in Serie zur Erregerwicklung (5) geschalteten Transistor (13) sowie einen Verstärker (17) aufweist, an den der Transi­ stor (13) mit seinem Basisanschluß angeschlossen ist, und daß der Basisanschluß des Transistors (13) über eine Koppelschaltung (47) ebenfalls mit der Generatorwick­ lung (7) verbunden ist, wobei die Koppelschaltung (47) so bemessen ist, daß sie den Transistor (13) bei einer durch die Remanenz des zweiten Eisenteils induzierten Genera­ torspannung durchsteuert.

2. Bremsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung aus Erregerwicklung (5) und Kollektor-Emitter- Strecke des Transistors (13) über eine Gleichrichter­ schaltung (11) an die Generatorwicklung (7) angeschlossen ist und daß der Basisanschluß des Transistors (13) über einen Widerstand (47) als Koppelschaltung unmittelbar an die Gleichrichterschaltung (11) angeschlossen ist.

3. Bremsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verstärker als Differenzverstärker (17) ausgebildet ist, dessen invertierter Eingang über einen Spannungsverstärker (21) an einen in Serie zur Erreger­ wicklung geschalteten Strommeßwiderstand (15) ange­ schlossen ist und dessen nichtinvertierender Eingang an eine Referenzspannungsquelle (19) angeschlossen ist.

4. Bremsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle (19) als über eine Span­ nungsstabilisierungsschaltung (27) mit der Generator­ wicklung (7) verbundenes Potentiometer (31) ausgebildet ist.

5. Bremsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der invertierende Eingang des Differenzver­ stärkers (17) über eine einstellbare Spannungsteiler­ schaltung (23, 25) an den Spannungsverstärker (21) ange­ schlossen ist.

6. Bremsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerwicklung (5) zur Erzeugung eines dem Erregerstrom entsprechenden ersten Spannungs­ signals ein Strommeßwiderstand (15) in Serie geschaltet ist und daß zur Erzeugung eines dem Bremsdrehmoment des Rotors (3) entsprechenden Drehmomentsignals ein weiterer Differenzverstärker (37) vorgesehen ist, der die Diffe­ renz zwischen dem ersten Spannungssignal und einem von der Spannung der Generatorwicklung (7) abhängigen zweiten Spannungssignal bildet.

7. Bremsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Generatorwicklung (7) eine Begrenzerschal­ tung (63) nachgeschaltet ist, die den Spannungspegel des zweiten Spannungssignals für Spannungen der Generator­ wicklung (7), die größer als ein vorbestimmter Wert sind, auf einen vorgegebenen maximalen Spannungspegel begrenzt.

8. Bremsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteilerschaltung (23, 25) ein Differen­ zierglied (65) parallelgeschaltet ist, welches bei einer Verringerung des Erregerstroms das erste Ausgangssignal der Spannungsteilerschaltung abhängig von der Änderungs­ geschwindigkeit des Erregerstroms erhöht.

9. Bremsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied (65) über eine Diode (67) mit dem invertierenden Eingang des den Transistor (13) steu­ ernden Differenzverstärkers (17) der Regelschaltung ge­ koppelt ist.

10. Bremsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied als aktives Differenzier­ glied (65) ausgebildet ist.

11. Bremsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem weiteren Differenzverstärker (37) ein Spannungs-Frequenz-Wandler (41) nachgeschaltet ist.

12. Bremsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung eines der Drehzahl des Rotors (3) entsprechenden Signals eine Schmitt- Triggerstufe (43) über einen Einweggleichrichter (73) an die Generatorwicklung (7) angeschlossen ist.

13. Bremsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Verstärker (17, 21, 37, 39) über eine Spannungsstabilisierungsschaltung (29) von der Generatorwicklung (7) versorgt werden.

14. Bremsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannungsquelle (19) an die Spannungs­ stabilisierungsschaltung (29) angeschlossen ist und eine weitere Spannungsstabilisierungsschaltung (27) umfaßt, deren konstante Ausgangsspannung kleiner ist als die von der erstgenannten Spannungsstabilisierungsschaltung (29) gelieferte Konstantspannung.

15. Bremsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß für die Betriebsspannungsversorgung externer Verbraucher eine gesonderte Spannungsstabili­ sierungsschaltung (75) an die Generatorwicklung (7) an­ geschlossen ist.