Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen, insbesondere eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle.
Stand der Technik
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Die zur Zeit bekannten Master-Slave-Manipulatoren werden im wesentlichen unter extremalen Bedingungen eingesetzt, die für den Bediener(Operateur) lebensgefährlich sind. Daher werden an die Einrichtungen zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen der Führungs-und der Stellwelle , die mit den zugeordneten Gliedern des Master-Sla ve-Manipulators kinematisch verbunden sind und deren adäquate Lage im Raum sicherstellen, solche Forderungen wie hohe Betriebszuverlässigkeit, lange Lebensdauer, Übereinstimmung mit den Parametern des Operateurs, der über wesentliche adaptive Möglichkeiten verfügt, sowie hohe Genauig - keit der Fernübertragung von Drehwinkel und Kraft, darunter auch bei schnellen Änderungen der Lage der Führungswelle und des Belastungsmomentes und damit der an dem Führungs-und dem Stellorgan des Master-Slave-Manipulators entwickelten Kraft gestellt.
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So ist beispielsweise eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle bekannt, welche mit der Führungs-und der Stellwelle kinematisch verbundena Gleichstrom-Kommutatormotoren, deren Wicklungen mit den Ausgängen von Verstärkern zur Verstärkung von Signalen verbunden sind, mit denen der Führungs- und der Stell-Kommutatormotor gesteuert werden, Positionsgeber und Drehzahlgeber für die Wellen der Kommutatormotoren enthält, die mit den Eingängen der zugehörigen Vergleichselemente verbunden sind, deren Ausgänge an die Eingänge der Signalverstärker für die Steuerung des Führungs-und des Stell-Kommutatormotors angeschlossen sind (I.M. Egorov u.a. "Projektierung von bilateral wirkenden Nachführungssystemen" )., Moskau, Verlag "Mashinostroenie", 1980, S.28 bis 29). Solch eine Einrichtung gewährleistet eine hohe Genauigkeit bei der Fernübertragung von Drehwinkel und Kraft zwischen der Führungs-und der Stellwelle . Die Anwendung der Kommutatormotoren in der genannten Einrichtung setzt jedoch die Betriebszuverlässigkeit und die Lebensdauer derselben dadurch herab, daß die Kommutatormotoren jeweils über eine Kommutator-und Bürsteneinheit verfügen, die besonders unter extremalen Bedingungen schnell ausfällt, unter denen die Master-Slave-Manipulatoren praktisch immer betrieben werden. Darüber hinaus wird die Zuverlässigkeit ebenfalls dadurch vermindert, daß in der Einrichtung zwei Drehzahlgeber und zwei Steuersignalverstärker vorhanden sind, durch welche eine Verdopplung der Funktionseinheiten in den zwei im Zusammenhang stehenden Kanälen für die Fernübertragung von Drehwinkel und Kraft verwirklicht ist. Die niedrige Zuverlässigkeit erschwert äußerst die Verwendung derartiger Einrichtungen in den Master-Slave-Manipulatoren.
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Bekannt ist auch eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle , welche einen Führungs-und einen Stell-Asynchronmotor enthält, deren Wellen mit der Führungs- bzw. Stellwelle, den Positions-und Drehzahlgebern kinematisch verbunden sind. Die Ausgänge der Positionsgeber sind an die Eingänge des ersten Vergleichselementes angeschlossen , das ausgangsseitig an einen der Eingänge eines zweiten Vergleichselementes geschaltet ist, mit dessen anderen Eingängen die Ausgänge der Drehzahlgeber in Verbindung stehen und dessen Ausgang am Eingang eines Signalverstärker liegt, der Signale für die Steuerung des Führungs-und des Stell-Asynchronmotors liefert. An den Ausgang des Steuersignalverstärkers sind in Reihe und gegensinnig die Steuerwicklungen der Asynchronmotoren geschaltet, während deren Feldwicklungen als Wechselstromnetz (B.A.Petrov "Manipulatoren",1984, Verlag "Mashinostroenie" (Leningrad), S.126 bis 127) angekoppelt, sind.
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Gegenüber der vorgeschriebenen.Einrichtung besitzt die zuletzt behandelte Einrichtung eine höhere Zuverlässigkeit und eine längere Lebensdauer unter extremalen Bedingungen, weil in dieser keine Bürsten-und Kommutatoreinheit vorhanden ist. Jedoch erweist sich die Zuverlässigkeit der letzteren Einrichtung infolge der konstruktiven Besonderheiten des Asynchronmotors, insbesondere eines kleinen Luftspaltes zwischen Läufer und Ständer, sowie wegan einer beträchtlichen Erhitzung beim Betrieb in einigen Anwendungsgebieten als unzureichend. Außerdem weisen die Asynchronmotoren eine lange Anlauf-und Bremszeit auf, was eine geringe. Genauigkeit der Fernübertragung von Drehwinkel und Kraft bei schnellen Änderungen des Drehwinkels der Führungswelle und des Belastungsmomentes zur Folge hat.
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Es ist ferner eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle bekannt, welche eine Führungs-und eine Stellsynchronmaschine enthält, deren Wellen mit der Führungs-bzw. Stellwelle und mit Positionsgebern kinematisch verbunden sind. Der Ausgang eines der Positionsgeber ist an den Sollwertvorgabeeingang einer Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine geschaltet, deren Steuereingang mit dem Ausgang einer Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude dar Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist, die auf einem Ver - gleichselement aufgebaut und eingangsseitig mit den Ausgängen der Positionsgeber verbunden ist, während die Ausgänge der Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine an die miteinander elektrisch gekoppelten entsprechenden Wicklungen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine (SU,A,1.1.76425.) angeschlossen sind.
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Die genannte Einrichtung zeichnet sich durch eine höhere Zuverlässigkeit und eine längere Lebensdauer unter extremalen Bedingungen gegenüber den obenbeschriebenen Einrichtungen dank der Verwendung von Synchronmaschinen aus, die keine Kommutator-und Bürsteneinheit enthalten und einen größeren Luftspalt zwischen Läufer und Ständer als bei den Asynchronmaschinen haben . Jedoch ist die Struktur der Einrichtung eine solche, daß die Genauigkeit der Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung nicht hoch genug für einige Anwendungsgebiete des Easter-Slave-Manipulators ist, weil in der Einrichtung ein statischer Fehler auftritt, der dadurch bedingt ist, daß, die Drehmomente der Synchronmaschinen gleich Null sind, wenn keine Verstimmung zwischen Wellen vorliegt. Dies hängt damit zusammen, daß dabei die Magnetfelder des Läufers und des Ständers der Führungs-oder Stellsynchronmaschine in gleicher Weise orientiert sind. Das genannte setzt die Arbeitsgenauigkeit des Master-Slave-Manipulators herab.
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Bekannt ist auch eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernubertragung zwischen einer Fuhrungs-und einer Stellwelle , welche eine Führungs-und eine Stellsynchronmaschine enthält, deren Wellen jeweils mit der Führungs-und der Stellwelle und mit Positionsgebern kinematisch verbunden sind, die ausgangsseitig an die Eingänge der Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Magnetfelder der Ständer der Führungs-und der Stellsynchronmaschine angeschlossen sind, deren Ausgang mit dem Steuereingang einer Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist, wobei die Ausgänge der letztgenannten Einheit an die entgegengesetzt miteinander verbundenen entsprechenden Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine angeschlossen sind und am Sollwertvorgabeeingang derselben Einheit der Ausgang einer Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine liegt, deren Eingängen Informationen über die Lage der Wellen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine zugeleitet werden (SU,A,1257690).
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Bei der erwähnten Einrichtung ist die Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Magnetfelder der Ständer der Führungs-und der Stellsynchronmaschine auf einem Vergleichselement aufgebaut, an dessen Eingänge die Ausgänge der Positionsgeber angeschlossen sind, während die Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine entsprechend dem Absolutwert eines Signals erfolgt, das am Steuereingang der Einheit zur Erzeugung eines Stromes eintrifft, weil die Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine auf einem Summator aufgebaut ist, der eingangsseitig mit dem Eingang einer Divisionsschaltung zur Teilung durch zwei verbunden ist, wobei an die Eingänge des Summators die Ausgänge der Positionsgeber angeschlossen sind.
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Die zuletzt geschilderte. Einrichtung gewährleistet eine höhere Genauigkeit der Fernübertragung der Kraft zwischen der Führungs-und der Stellwelle und dadurch, daß die Fernübertragung des Drehwinkels gleichzeitig mit der Kraftübertragung erfolgt , eine exaktere übertragung des Drehwinkels. Bei Verwendung der Einrichtung in einem Master-Slave-Manipulator erweist sich jedoch die Genauigkeit für einige Anwendungsgebiete derselben als unzureichend, insbesondere infolge eines unter der Wirkung äußerer Lastmomenta. auftretenden statischen Fehlers. Der statische Fehler entsteht aber wegen gleicher Orientierung der Magnetfelder der Läufer und Ständer der Führungs-und der Stellsynchronmaschine, wenn der Abweichungswinkel zwischen deren Wellen gleich Null ist, was durch die Besonderheiten der Struktur der Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine bedingt ist.
Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle zu entwickeln, bei der durch in der Führungs-und der Stellsynchronmaschine auftretende Drehmomente- bei gleichen Orientierungen der Magnetfelder ihrer Läufer die Genauigkeit der Drehwinkel-und Kraftübertragung bei gegensinniger Schaltung der Wicklungen der Führungs-und Stellsynchronmaschine erhöht wird.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs-und einer Stellwelle ,welche eine Führungs-und eine Stellsynchronmaschine enthält, deren Wellen kinematisch mit der Führungs-bzw. Stellwelle und mit Positionegebern gekoppelt sind,deren Ausgänge an die Eingänge einer Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder dar Führungs-und der Stellsynchronmaschine geschaltet sind, deren Ausgang mit dem Steuereingang einer Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist, bei welcher Einheit die Ausgänge. an die entgegengesetzt miteinander verbundenen, entsprechenden Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine angeschlossen sind und am Sollwertvorgabeeingang der Ausgang einer Einheit zur Vorgabe. der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine liegt, deren Eingängen Informationen über die Lage der Wellen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine. zugeleitet werden, erfindungsgemäß die Einheit zur Vorgabe, der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine eingangssei tig mit dem Ausgang mindestens eines Positions-gebers und mit dem Ausgang der Einheit zur Sollwertvorgabe. der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs-und Stellsynchronmaschine elektrisch verbunden ist.
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Es ist zweckmäßig, daß die zur Einrichtung zur Fernübertragung gehörende Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine ein Relais, an dessen Eingang ein Signal eintrifft, das der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine entspricht, einen Multiplizierer, dessen einer Eingang am Ausgang des Relaia liegt, einen Sollwertgeber für ein dem Winkel von 180° zugeordnetes Signal, der an den anderen Eingang des Multiplizierers angeschlossen ist, und einen Summator enthält, dessen einer Eingang am Ausgang des Multiplizierers liegt und an dessen anderen Eingang ein Signal angelegt wird, das der Lage. der Welle, der Führungs-bzw. Stellsynchronmaschine. entspricht.
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Es ist vorteilhaft, daß bei der Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung beim Anschluß der Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine an die. Ausgänge beider Positionsgeber die genannte Einhei.t eine Schaltung zur Bestimmung der Polarität eines Signals, das der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine entspricht, einen Multiplizierer, dessan einer Eingang an den Ausgang der Schaltung zur Bestimmung der Polarität eines Signals angeschlossen ist, einen Sollwertgeber für ein dem Winkel von 90° entsprechendes Signal, welcher. an den anderen Eingang des Multiplizierers gelegt ist, einen ersten Summator, dessen einer Eingang mit dem Ausgang des Multiplizierers verbunden ist, eine Divisionsschaltung zur Teilung durch zwei, deren Ausgang an den anderen Eingang des ersten Summators angeschlossen ist, und einen zweiten Summator enthält, dessen Ausgang an den Eingang der Divisionsschaltung zur Teilung durch zwei geführt ist und an dessen Eingänge Signale eintreffen, die den Lagen der Wellen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine entsprechen.
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Es ist effektiv, daß die Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung eine Einheit zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs-und Stellsynchronmaschine aufweist, deren Eingang an den Ausgang der Einheit zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine gelegt ist und deren Ausgang mit dem Eingang der Einheit zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder der Führungs-und der Stellsynchronmaschine und mit dem Steuereingang der Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs-und der Stellsynchronmaschine in Verbindung steht.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung gewährleistet eine hohe Genauigkeit der Drehwinkelübertragung, beseitigt insbesondere. einen statischen Fehler durch Vorhandensein eines Drehmomentes in der Führungs-und Stellsynchronmaschine: bei gleicher Orientierung der Magnetfelder ihrer Läufer. Dadurch wird die Schnellwirkung der Einrichtung bei kleinen Abweichungen zwischen den Wellen erhöht, komfortablere.Bedingungen für die Arbeit des Operateurs dadurch geschaffen, daß er seine Handlungen nicht korrigieren muß, um den statischen Fehler zu kompensieren. Dadurch, daß die Winkel zwischen den Magnetfeldern aer Läufer und Ständer der Synchronmaschinen betragsmäßig nahe sind, wird eine hohe Genauigkeit der Übertragung von Kräften auf die Führungswelle gesichert. Infolgedessen wird die Übereinstimmung der Parameter der Einrichtung zur Drehwinkel-und Kraft-Fernübertragung mit den Charakteristiken des Operateurs erreicht. All dies trägt neben der hohen Zuverlässigkeit der Einrichtung zu einer Erhöhung der Qualität der von einem biotechnischen System Operateur-Manipulator auszuführenden Operationen beio
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Im weiteren wird die Erfindung an Hand ihrer konkreten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
- Fig. I ein Funktionsschaltbild einer erfindungsgemässen Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und Stellwelle mit Anschluss einer Einheit zur Vorgabe der Orientierung von Ständermagnetfeldern einer Führungs- und einer Stellsynchronmaschine an einen der Positionsgeber;
- Fig. 2 dito wie in Fig. I mit einem Funktionsschaltbild der Einheit zur Vorgabe von Ständermagnetfeldern der Führungs- und der Stellsynchronmaschine, wobei diese Einheit an einen anderen Positionsgeber angeschlossen ist;
- Fig. 3 dito wie in Fig. I mit einer anderen Variante des Funktionschaltbildes der Einheit zur Vorgabe der Orientierung von Ständermagnetfeldern des Führungs- und der Stellsynchronmaschine, wobei diese Einheit an beide Positionsgeber angeschlossen sind;
- Fig. 4 dito wie in Fig. 2 mit Funktionsschaltbildern einer Einheit zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen.der Führungs- und der Stellsynchronmaschinen und einer Einheit zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine;
- Fig. 5 (a, b, c, d) Zeigerdiagramme der Magnetfelder der Ständer und Läufer der Synchronmaschine für die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Einrichtung;
- Fig. 6 (a, b, c, d) Zeigerdiagramme der Magnetfelder der Ständer und Läufer der Synchronmaschinen für die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Einriottung;
- Fig. 7 (a, b, c, d) Zeigerdiagramme der Magnetfelder der Ständer und Läuver der Synchronmaschinen für die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform der Einrichtung.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Die Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle enthält eine Führungs- und eine Stellsynchronmaschine I bzw. 2.(Fig. I), deren Wellen 3 bzw. 4 mit der zugehörigen Führungs- und Stellwelle 5 bzw. 6 - in der zu beschreibenden Ausführungsform über Kupplungen 7, 8 - kinematisch gekoppelt sind. Zur Verminderung der Drehgeschwingigkeit der Führungs- und der Stellwelle 5 bzw. 6 wird die Verbindung derselben mit den Wellen 3, 4 der Führungs- und Stellsynchronmaschine I bzw. 2 über Getriebe (nicht gezeigt) realisiert.
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Die Synchronmaschinen I, 2 sind mit Positionsgebern 9, 10 für ihre Wellen versehen. Die Ausgänge der Positionsgeber 9, 10 sind an die jeweiligen.Eingänge einer Einheit II zur Sellwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine angeschlossen, deren Ausgang- bei der zu beschreibenden Ausführungsform unmittelbar - an den Steuereingang I2 einer Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine elektrisch angeschlossen ist. Die Ausgänge der Einheit 13 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen, deren Anzahl der Anzahl der Wicklungen der Synchronmaschinen I,2 gleich ist, sind ban die entgengesetzt miteinander verbundenen, entsprechenden Wicklungen der Führungs- und Stellsynchronmaschine I bzw. 2 gelegt. Da die Anzahl von Wicklungen der Synchronmaschine I der Anzahl der Wicklungen der Synchronmaschine 2 gleich ist und die Wicklungszahl bei verschiedenen Synchronmaschinentypen uhterschiedlich sein kann, sind in Fig. I die Wicklungen selbst nicht gezeigt, während die Verbindung der Einheit 13 zur Erzeugung eines Stromes mit den Wicklungen und die elektrische Kopplung zwischen den Wicklungen in Form einer Linie schematisch gezeigt sind.
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Am Sollwertvorgabeeingang 14 der Einheit 13 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen liegt der Ausgang. einer Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung von Ständermagnetfeldern der Führungs- und der Stellsynchronmaschine, deren Eingänge mit dem Ausgang mindestens eines Positionsgebers 9 oder 10 und der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder elektrisch verbunden sind. In der zu betrachtenden Ausführungsform der Einrichtung ist der Eingang I6 der Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung an den Ausgang des Positionsgebers 9 und der Eingang I7 an den Ausgang der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Ampltiude angeschlossen.
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- Bei Anschluss des Positionsgebers 9 der Führungssynchronmaschine I oder des Positionsgebers IO des Stellsynchronmaschine 2 an die erwähnte Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung enthält diese Einheit 15 ein Relais I8 (Fig. 2), das z.B. auf einem Schmitt-Trigger aufgebaut ist, dessen Eingang als Eingang 17 der Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung dient und mit einem Signal eingespeist wird, das der Ampltiude der Ständermagnetfelder der Führungs- und Stellsynchronmaschine I bzw. 2 zugeordnet ist, und dessen Ausgang an einen Eingang eines Multiplizierers 19 angeschlossen ist, an dessen anderen Eingang ein Sollwertgeber 20 für ein dem Winkel von 180° entsprechendes Signal geschaltet ist. Der Ausgang des Multiplizierers 19 liegt an einem Eingang eines Summators 21, dessen anderer Eingang als Eingang 22 der Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder benutzt wird, wobei an die Einheit 15 bei der zu betrachtenden Ausführungsform der Ausgang des Positionsgebers 10 angeschlossen ist.
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Bei Anschluss beider Positionsgeber 9, 10 an die Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder enthält die Einheit 15 eines Schaltung 23 (Fig.3) zur Bestimmung der Polarität eines Signals, das der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und Stellsynchronmaschine I bzw. 2 entspricht,wobei diese Schaltung bei der-in Rede stehenden Ausführungsform auf der Basis eines-Operationsverstärkers mit offener Rückkopplung ausgeführt ist und der Eingang dieser Schaltung als Eingang 17 der Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung dient. Der Ausgang der Schaltung 23 zur Bestimmung der Polarität eines Signals liegt an einem Eingang eines Multiplizierers 24, an dessen anderen Eingang ein Sollwertgeber 25 für ein dem Winkel von 90° entsprechendes Signal angeschlossen ist. Der Ausgang des Multiplizierers 24 ist an einen Eingang eines Summators 26 angeschlossen, mit dessen anderem Eingang der Ausgang einer Divisionsschaltung 27 zur Tei - lung durch zwei verbunden ist, deren Eingang am Ausgang eines Summators 28 liegt. Die Eingänge des Summators 28 bilden Eingänge 29, 30 der Einheit 15 xzur Vorgabe der Orientierung, welche jeweils an die Ausgänge der Positionsgeber 9, 10 angeschlossen sind.
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Zur Erhöhung der Genauigkeit der Drehwinkel- und Kraftübertragung ist an den Ausgang der Einheit II (Fig.4) zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder, welche Einheit bei der zu beschreibenden Ausführungsform auf einem Vergleichselement aufgebaut ist, der-Eingang einer Einheit 3I zur Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führüngs- und der Stellsynchronmaschine geschaltet, deren Ausgang mit dem Eingang 17 der Einheit I5 zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder und dem Steuereingang 12 der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen verbunden ist. Als Eingang der Amplitudenkorrektureinheit 3I dienen bei der zu beschreibenden Ausführungsform der Eingang eines Integrators 32 und ein Eingang eines Summators.33, wobei diese beiden Eingänge zusammengeschaltet sind. Ein anderer Eingang des Summators 33 steht mit dem Ausgang des Integrators 32 in Verbindung. Der Ausgang des Summators 33 bildet den Ausgang der Korrektureinheit 3I.
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Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen der Einrichtung sind die jeweiligen Wicklungen der Ständer der Synchronmaschinen gegensinnig geschaltet, wobei diese Verbindung sowohl parallel als auch seriell sein kann. Ausserdem sind, wie es in Fig. 4 gezeigt ist, in der Einrichtung Drehstrom-Synchronmaschinen I, 2 benutzt, d.h. solche mit drei Wicklungen. Dabei ist die in Fig. 4 gezeigte Struktur der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen dadurch festgelegt, dass an deren Steuer- und Sollwertvorgabeeingang I2 bzw. 14 Informationen über die Amplitude und die Orientierung der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 als Kodes ein#ref- fen. Als Sollwertvorgabeeingang I4 der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen dient ein Adresseingang eines Festwertspeichers 34 mit in diesem abgelegten Kodes der Dauern und Polarität der Stromversorgungsimpulse der Wicklungen der Synchronmaschinen I, 2. Der Ausgabebus des Festwertspeichers 34 ist an die Steuereingänge 35 der Umsetzer 36 zur Umwandlung eines Kodes in Impulsdauer angeschlossen, deren Anzahl der Zahl der Wicklungen jeder Synchronmaschine I bzw. 2 gleich ist. Jeder Umsetzer 36 enthält in der zu beschreibenden Ausführungsform einen Rückwärtszähler 37, dessen Setzeingang als Steuereingang 35 des Umsetzers 36 dient, und ein 2-Fingangs-UND-Glied 38, dessen Ausgang an den Subtraktionseingang 39 des Rückwärtszählers 37 angeschlossen ist. Der invertierende βorgenausgang des Rückwärtszählers 37 ist mit dem Eingang 40 des logischen UND-Gliedes-38 verbunden und bildet den Ausgang des Umsetzers 36. Zur Vereinfachung der Beschreibung der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen ist in Fig. 4 das Prinzipschaltbild nur eines Umsetzers 36 gezeigt.
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Die Ausgänge aller Umsetzer 36 sind an die zur Sollwertvorgabe der Impulsdauer vorgesehenen Eingänge 4I der Umschalter 42 gelegt, deren Anzahl der Wicklungszahl jeder Synchronmaschine I bzw. 2 gleich ist. Jeder Umschalter 42 enthält bei der zu betrachtenden Ausführungsform zwei 2-Eingangs-UND-Glieder 43, 44, deren erste Eingänge zusammengeschaltet sind und als Eingang 4I des Umschalters 42 dienen. Der zweite Eingang des logischen UND-Gliedes 43 ist an den Eingang eines Negators 45 geführt, dient als Sollwertvorgabeeingang 46 der Polarität der Impulse des Umschalters 42 und ist an den jeweiligen Ausgang des Festwertspeichers 34 angeschlossen. Der Ausgang des Negators 45 ist an den zweiten Eingang des logischen UND-Gliedes 44 geschaltet. Die Ausgänge der logischen UND-Glieder 43, 44 sind an die Steuereingänge der Schalter 47, 48 angeschlossen, deren Leistungseingänge mit einer Spannungsquelle 49 verbunden sind, wobei die Ausgänge dieser Schalter vereinigt sind und als Ausgang des Umschalters 42 bzw. als Ausgang der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes dienen, die, wie es oben angegeben wurde, an entsprechende Wicklungen der Führungs- und der Stellsynchronmaschine I, 2 angeschlossen ist. Zur Vereinfachung der Beschreibung der Einheit I3 ist in Fig. 4 das Brinzinschaltbild nur eines Umschalters 42 dargestellt.
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Als Steuereingang I2 der Einheit I3 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen ist der Eingang einer Schaltung 50 zur Ermittlung des Moduls des Steuersignals benutzt, deren Ausgang an den Setzeingang 5I eines Rückwärtszählers 52 angeschlossen ist, dessen Borgenausgang mit dem Schreibeingang dieses Zählers 52 und mit den für die Sollwertvorgabe der Impulsdauer bestimmten Eingänge des Kode-Impulsdauer-Umsetzers 36 verbunden ist. Als Eingang 53 jedes Umsetzers 36 fungiert der zweite Eingang des logischen UND-Gliedes 38. An den Subtraktionseingang 54 des Rückwärtszählers 52 ist der Ausgang eines Steuergenerators 55 geschaltet, der auch mit dem Eingang eines Frequenzteilers 56 verbunden ist. Der Ausgang des Frequenzteilers 56 ist an die Schreibeingänge 57 des Kode-Impuls - dauer-Umsetzers 36 angeschlossen. Als Schreibeingang 57 jedes Umsetzers 36 fungiert ein zugehöriger Eingang des Rückwärtszählers 37.
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Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle sind in Fig. 5, 6, 7 (a, b, c, d) Zeigerdiagramme der Magnetfelder φrz, φ ri der Läufer der Führungg-_bzw. Stellsynchronmaschine I bzw. 2 und der Magnetfelder φ sz,φ i der Ständer der Führungs- bzw. Stellsynchronmaschine I bzw. 2 bei verschiedenen Betriebsarten der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt.
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Die Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle arbeitet wie folgt. Entsprechend dem Signal des mit der Welle 3 der Führungssynchronmaschine I verbundenen Positionsgebers 9 (Fig. I) wird eine Orientierung der Magnetfelder φ sz, φsi der Ständer der Führungs- und der Stellsynchronmaschine I, 2 derart vorgegeben, dass der Winkel zwischen dem Magnetfeld φ rz des Läufers der Führungssynchronmaschine I oder dem Magnetfeld φ i des Läufers der Stellsynchronmaschine 2 und dem zugehörigen Magnetfeld φ sz bzw. φ si des Ständers konstant bleibt (oder sich in einem Bereich ändert, der durch das Vorhandensein einer elektromagnetischen Zeitkonstante bedingt ist). Dies ist z.B. dadurch erreichbar, dass man an den Wicklungen der. Ständer der Synchronmaschinen I, 2 Spannungen erzeugt, deren Vektorsumme einen betragsmässig konstanten Winkel mit
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φ oder φ
ri beträgt. Bei der zu behandelnden Aus- führungsform der Einrichtung wird ein konstanter Winkel (φ
rz, φ
sz) vorgegeben, während es zur Steigerung des Wirkungsgrades vorteilhaft ist, diesen Winkel gleich 90° vorzugeben. Durch gegensinnige Schaltung der Wicklungen der Ständer der Führungs- und Stellsynchronmaschine I, 2 ist aber der Winkel zwischen den Vektoren der Magnetfelder φ
sz, φ s
si ihrer Ständer gleich 180°. Für Drehmomente der Führungs- und der Stellsynchronmaschine I bzw. 2, welche wir mit M
I bzw. M
2 bezeichnen, kann man folgende Ausdrücke
schreiben, wobei K
I, K
2 Faktoren sind, die durch die Bauarten der Synchronmaschinen I, 2 bestimmt sind, insbesondere durch die Form des Läufers und Ständers, die Grösse des Luftspaltes zwischen diesen, durch die Abmessungen der Synchronmaschine. Wird das Ausgangssignal der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Magnetfelder der Ständer der Führungs- und der Stellsynchronmaschine vergrössert oder verkleinert, so führt dies zur Erhöhung bzw. zur Verminderung der Amplitude der Ständermagnetfelder φ
sz, φ
si und - wie aus (I) folgt - zur Zunahme der Drehmomente M
I, M
2 der Synchronmaschinen I, 2. Daher werden bei einer Vergrösserung des Operateur- oder Belastungsmomentes M bzw.M
i durch den Anstieg des Ausgangssignals der zur Vorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschine dienenden Einheit II in der Wirkungsrichtung des grösseren von.M
z, Mi (bei K
I= K2) in Bewegung gesetzt. Bei der Polaritätsumkehr des Ausgangssignals der Einheit II wird das Ausgangssignal der Einheit 15 zur Vorgabe der Orientierung derart geändert, dass die Magnetfelder φ
sz, (φ
si der Ständer der Synchronmaschinen I, 2 invertiert sind, d.h..sich ihre Richtungen umkehren. Bei Anschluss des Eingangs der Einheit I5 zur Vorgabe der Orientierung an den Ausgang eines der Positionsgebers 9, 10 erfolgt die Umkehrung dadurch, dass dem Signal dieses Positionsgebers 9 bzw. 10 ein dem Winkel von 180° entsprechendes Signal hinzugefügt wird. Bei der zu beschreibenden Ausführungsform erfolgt die Umkehrung mit Hilfe des Relais 18 (Fig. 2), an dessen Ausgang bei der einen Polarität des Ausgangssignals der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Amplitude ein Signal eingestellt wird, das der "I" äquivalent ist, und bei umgekehrter Polarität ein Signal auftritt, das der "0" äquivalent ist. Durch den Miltiplizierer I9 wird dieses Signal mit einem vom Sollwertsignalgeber 20 eintreffenden Signal, das dem Winkel von 180° entspricht, multipliziert, und der Summator 21 führt die Addition des Ausgangssignals des Multiplizierers 19 mit dem Signal desjenigen der Positionsgeber, insbesondere des Gebers 10, aus, nach dessen Signal eine Orientierung der Magnetfelder (φ
sz, φ
si der Ständer der Synchronmaschine I, 2 vorgegeben wird.
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Zur Erhöhung der Genauigkeit der Kraft-Fernübertragung bei der Beibehaltung der hohen Genauigkeit der Drehwinkel-Fernübertragung wird in der zur Vorgabe der Orientierung der Ständermagnetfelder vorgesehenen Einheit 15 durch die Funktion des Summators 28 (Fig. 3) und der Divisionsschaltung 27zur Teilung durch zwei am Ausgang der Schaltung 27 ein Signal formiert, das dem arithmetischen Mittel aus den Drehwinkeln αz, αi der Läufer der Synchronmaschinen I bzw. 2 entspricht. Die Schaltung 23 zur Bestimmung der Polarität des Ausgangssignals der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Amplitude der Ständermagnetfelder gibt am Ausgang ein der "I" äquivalentes Signal bei der einen Polarität des Ausgangssignals der Einheit II und ein der "-I" äquivalentes Signal bei der entgegengesetzten Polarität ab. Durch Multiplikation des Ausgangssignals der zur Bestimmung der Polarität dienenden Schaltung 23 mit dem Signal des Sollwertsignalgebers 25, welches dem Winkel von 90° entspricht, wird dabei am Ausgang des Summators 26 ein Signal gebildet, mit dem die Magnetfelder φsz, φsi der Ständer der Führungs- und der Stellsynchronmaschine I bzw. 2 senkrecht zu einem Vektor eingestellt werden, dessen Orientierung durch das arithmetische Mittel aus den Drehwinkeln der Wellen 3, 4 der Synchronmaschinen I, 2 festgelegt wird. Als Folge davon sollen bei den Einrichtungen, deren Funktionsschaltbilder in Fig. I, 2, 3 gezeigt sind, bei Ubereinstimmung der Orientierungen der Magnetfelder der Läufer der Synchronmaschinen I, 2 die Magnetfelder deren Ständer perpendikulär zu den Magnetfeldern der Läufer sein, d.h. falls die Amplituden der Magnetfelder der Ständer Null nicht gleich sind, werden die Drehmomente NI, M2 nach (I) von Null verschieden sein. Folglich kann man den statischen Fehler verringern, der mit dem Auftreten von Momenten verbunden ist, die vom Operateur und von der Belastung erzeugt werden, und bei der Vorhandensein der Korrektureinheit 31 (Fig. 4) auf Null reduzieren. Wird beispielsweise die Korrektureinheit 31 als Parallelschaltung eines Integrators und eines Summators 33 ausgebildet, so kann der Gleichgewichtszustand in der Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung nur bei keiner Abweichung zwischen der Führungs- und der Stellwelle 5 bzw. 6, d.h. bei der Gleichheit von αz und αi erreicht.
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Vom Ausgang der Einheit I5 zur Vorgabe der Orientierung gelangt ein einer Orientierung der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 entsprechender Kode zu den Adresseingängen eines Festwertspeichers 34, in dem Kodes der Dauern und der Polarität der Stromversorgungsimpulse für drei Wicklungen der Synchronmaschinen I, 2 abgelegt sind. Diese Kodes stellen eine Orientierung der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 für die Einrichtungen, deren Funktionsschaltbilder in Fig. I, 2, 4 dargestellt sind, perpendikulär zur Richtung von φ oder φri und für die Einrichtung, deren Funktionsschaltbild in Fig. 3 gezeigt ist, nach einer - Richtung sicher, die durch den Kode vom Ausgang der Einheit I5 zur Vorgabe der Orientierung der Magnetfelder vorgegeben wird. Die den Dauern der Stromversorgungsimpulse zugeordneten Kodes werden aus dem Festwertspeicher 34 in die Rückwärtszähler 37 über die Steuereingänge 35 der Kode-Impulsdauer-Umsetzer 36 (in der Zeichnung ist nur ein Zähler 37 gezeigt) eingetragen. Die Frequenz, mit der dieseKodes ingetragen werden, ist konstant, wobei die Eintragung derselben mit den Impulsen vom Ausgang eines zur Teilung der Frequenz des Steuergenerators 55 dienenden Frequenzteilers 56 erfolgt, welche an den Schreibeingängen der Umsetzer 36 eintreffen. Nach dem Einschreiben von Kodes, die von Null verschieden sind, erscheinen an den invertierenden Borgenausgängen der Rückwärtszähler 37 Signale der logischen Eins, die den Anfang der Stromversorgunggimpulse der Wicklungen der Ständer der Synchronmaschinen I, 2 vorbestimmen. In diesem Fall erscheinen die logischen Einsen auch an den Eingängen 40 der logischen UND-Glieder 38, wodurch der Durchgang der Impulse vom Borgenausgang des Rückwärtszählers 52 über logische UND-Glieder zu den. Subtraktionseingängen 39 der Zähler 37 freigegeben wird. Die Folgereriode der Impulse ist gleich einer Folgeperiode der Impulse des Steuergenerators 55, die mit einem dem Absolutbetrag des Steuersignals entsprechenden Kode multipliziert ist, der vom Ausgang der Schaltung 50 zur Ermittlung des Moduls des Steuersignals am Setzeingang 51 des Rückwärtszählers 52 ankommt, und somit ist diesem Kode auch die Dauer der Impulse an den dorgenausgängen der Rückwärtszähler 37 proportional. Die ImDulse an den genannten Borgenausgängen enden, wenn die Zahlen in den Rückwärtszählern 37 gleich Null sind, hierbei tritt an den Borgenausgängen ein logisches 0-Signal auf, das das Eintreffen der Impulse vom Borgenausgang des Rückwärtszählers 52 an den Subtraktionseingängen 39 der Rückwärtszähler 37 über die logischen UND-Glieder 38 sperrt.
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Je nach dem Kode der Polarität, welcher von den Ausgängen des Festwertspeichers 34 an den zur Vorgabe der Impulspolarität vorgesehenen Eingängen 46 der Umschalter 42 ankommt, werden die Wicklungen mit Hilfe der Schalter 47 oder 48, die von den logischen UND-Glieder 43 bzw. 44 gesteuert werden, an den einen oder den anderen Pol einer Spannungsquelle 49 angeschlossen. Somit wird sichergestellt, dass die Effektivwerte der Spannung an den Ständerwicklun gen der Synchronmaschinen I, 2 dem am Steuereingang I2 der Einheit 13 zur Erzeugung eines Stromes in den Wicklungen liegenden Kode proportional sind.
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Nachstehend wird die Wirkungsweise der in Fig. I gezeigten Einrichtung zur Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung zwischen einer Führungs- und einer Stellwelle mit Hilfe von Zeigerdiagrammen, die in Fig. 5 (a, b, c, d) abgebildet sind, beschrieben.
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Es sei angenommen, dass die Orientierung der Magnetfelder der Läufer und Ständer der Synchronmaschinen I, 2 im Anfangszeitpunkt durch ausgezogene Linien in Fig. 5 angedeutet ist, wobei der Winkel zwischen den Magnetfeldern φ
sz , φ
si der Ständer, deren Drehwinkel mit φ
sz, α
si bezeichnet sind, 180° beträgt. Für die Drehmomente kann man folgende mathematische Beziehungen aus (I)
schreiben, worin K
T', K
2' durch folgende Ausdrücke
definiert werdän. Bezeichnen wir einen Abweichungswinkel zwischen den Wellen 3, 4 zum Anfangszeitpunkt mit △α. Wenn das Belastungsmoment M
i bei fixierter Lage der Führungswelle 5 vergrössert wird, wird unter der Wirkung von M
i > M
2 die Führungswelle im Uhrzeigersinn auf eine Orientierung gedreht, die durch den Winkel α
i' gekennzeichnet ist, wobei der Abweichungswinkel auf den WertΔα' ansteigt und die Drehmomente M
I und M
2 der Synchronmaschinen I, 2 nach (2) vergrössert werden. Folglich fühlt der Operateur die Vergrösserung von M
i, während die Vergrösserung von..M
2 zur Stillsetzung der Stellwelle 6 und zur Einstellung eines eneuen Gleichgewichtszustandes (in Fig. 5a gestrichelt gezeigt) führt, wobei man die statischen Fehler △α und △α' durch Auswahl einer Stellenzahl des Rückwärtszählers 52 sehr klein machen kann.
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Nimmt aus der in Fig. 5b dargestellten Orientierung der Operateur die Drehung der Führungswelle 5 um einen Winkel δα vor, so werden um denselben Winkel auch φsz und φsi gedfeht. Dabei nehmen die Amplituden der Magnetfelder φsz, φsi und die Drehmomente MI, M2 zu, was bei unveränderlich bleibendem Mi die Drehung der Stellwelle 6 um den gleichen Winkel δa bewirkt. Auf ähnliche Weise erfolgt auch die Drehung in entgegengesetzter Richtung, wobei durch die vorgesehene Korrektur der Amplitude der Abweichungswinkel zwischen den Wellen gleich Null ist. Kehrt sich die Richtung des Belastungsmomentes MI um, so ändert sich die Polarität des Ausgangssignals der Einheit II zur Sollwertvorgabe der Amplitude und damit der Einheit 31 zur Korrektur der Amplitude, was zur Umkehrung der Magnetfelder φsz, φsi der Ständer der Synchronmaschinen I, 2 führt. In Fig. 5 ist die Anfangsorientierung der Magnetfelder der Synchronmaschinen durch ausgezonene Linien und eine neue Orientierung der Ständermagnetfelder φsz, φsi gestrichelt angedeutet. Die Umkehrung_erfolgt dann, wenn die Amplitude der Ständermagnetfelder φsz, φsi der Synchronmaschinen I, 2 gleich Null wird, worauf deren Amplitude vergrössert wird, bis ein neuer Gleichgewichtszustand eingestellt ist. Dabei ändern sich die Wirkungsrichtungen der Drehmomente MI, M2, und somit fühlt der Operateur die Änderung der Richtung des Belastungsmomentes Mi durch Änderung der Richtung einer auf seine Hand wirkenden Kraft seitens der Pührungswelle 5.
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Bei der Änderung des Drehwinkels der Führungswelle 5 und damit der Orientierung der Magnetfelder der Läufer und .Ständer aus der in Fig. 5d ausgezogen angedeuteten Anfangslage um den Winkel δα werden nach (2) MI und M2 vergrössert. Da ja das Belastungsmoment Mi unverändert geblieben- ist, wird um den gleichen Winkel auch die Stellwelle 6 gedreht. Nach der Beendigung des Ubergangsprozesses wird eine neue Orientierung der Magnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 eingestellt, die in Fig. 5 gestrichelt angedeutet ist.
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Wenn man bei der Anfangsorientierung der Magnetfelder der Ständer und der Läufer, die in Fig. 6a durch ausgezogene Linien dargestellt ist, die Stellwelle fixiert und das M
z vergrössert, wird φ
rz entgegen dem Urzeigersinn gedreht, was eine Vergrösserung der Drehmomente M
I, M
2 der Synchronmaschinen I, 2 hervorruft, für welche unter Berücksichtigung der früher verwendeten Bezeichnungen (ohne Korrektur der Amplitude der Ständermagnetfelder) folgende Ausdrücke gelten:
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Da die Orientierung der Ständermagnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 entsprechend dem Signal vom Positionsgeber 1O (Fig. 2) vorgegeben, ist die neue Orientierung der Magnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 in Fig. 6 gestrichelt angedeutet.
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Dreht der Operateur die Führungswelle 5, so wird dadurch das Auftreten einer gewissen Abweichung δα hervorgerufen, die in Fig. 6b gezeigt ist, wobei φsz, φsi und damit MI und M2 absinken. Bei gleichbleibendem Mi bewirkt dies eine Drehung des φsi und der mit diesem verbundenen Magnetfelder φsz, φsi. Nach der Beendigung des Übergangsprozesses stellt sich ein neuer Gleichgewichtszustand ein, für den die Orientierung der Magnetfelder in Fig. 6b gestrichelt angedeutet ist.
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In Fig. 6c ist ein Zeigerdiagramm für die Magnetfelder φsz, φsi der Synchronmaschinen I; 2 bei deren Umkehrung, welche Felder den in Fig. 5c früher gezeigten identisch sind.
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Wird die Führungswelle 5 um den Winkel δα gedreht, so nehmen infolge einer Vergrösserung des an der Führungswelle 5 vom Operateur zu entwickelnden Momentes Mz aus den früher erwähnten Gründen die Amplituden der Magnetfelder φsz, φsi und damit MI und M2 zu. Infolgedessen werden das i und zusammen mit diesem die Felder φsz; φsi gedreht, so dass die Orientierung der Magnetfelder aus der in Fig. 6d durch ausgezogene Linien angedeuteten Lage zu einer gestrichelt gezeigten Lage übergeht.
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Beim Eintreffen der Signale von beiden Positionsgebern 9 (Fig. 3) und 10 an den Eingängen 29, 30 der Einheit I5 zur Vorgabe der Orientierung ist die Anfangsorientierung der Magnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 in. Fig. 7a ausgezogen gezeigt. Dabei tritt zwischen den Wellen 3, 4 der Synchronmaschinen I, 2 und damit zwischen der Führungs- und der Stellwelle 5 und 6 ein Abweichungs winkel △α auf, wobei der Winkel (φ
rz, φ
sz)= (φ
ri,φ
si)= = 90° - △α/2 ist. Für die Drehmomente M
I, M
2 der Führungs-und der Stellsynchronmaschine I bzw. 2 gelten folgende Ausdrücke:
D.h. bei einer solchen Ausführungsform der Einrichtung wird eine etwas genauere Kraft-Fernübertragung gegenüber den in Fig. I, 2 gezeigten Ausführungsformen. Jedoch ist bei Verwendung der Korrektureinheit 3I (Fig. 1) die Genauigkeit der Kraftübertragung für sämtliche beschriebenen Ausführungsformen der Einrichtung ungefähr gleich.
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Bei gleichzeitiger Vergrösserung von Mz und Mi steigen φsz, φsi an, was zu einer Vergrösserung von MI und M2 und zu einer Drehung der Führungs- und der Stellwelle 5 bzw. 6 führt. Die Orientierung der MAgnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 geht dabei nach der Beendigung-des Ubergangsprozesses aus der in Fig. 7a darch ausgezogene Linien dargestellten Lage zu einer in der gleichen Figur gestrichelt gezeigten Lage über. Bei Drehung der Führungswelle 5 um einen gewissen Winkel δα werden die Magnetfelder φsz, φsi der Ständer von der in Fig. 7b ausgezogen angedeuteten Anfangsorientierung aus mit Hilfe der Einheit 15 (Fig. 3) zur Vorgabe der Orientierung um einen Winkel δα /2 gedreht. Dies führt zu einer Verminderung von (φsi φri) und einer Vergrösserung von ( φsz φrz), so dass unter der Wirkung eines gleichbleibenden Mi das infolge der Drehung von φsi grösser als das M2 wird,die Stellwelle 6 eine Drehung vollzieht, wodurch die Orientierung von φsz, φsi geändert wird. Nach der Beendigung des Übergangsprozesses stellt sich eine neue Orientierung der Magnetfelder der Synchronmaschinen I, 2 ein, die in Fig. 7b gestrichelt dargestellt ist.
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In Fig. 7c ist eine Umkehrung der Magnetfelder φsz, φsi gezeigt, welche eine Änderung der Richtung der Drehmomente M, M2 verursacht. Wie auch bei den obenbeschriebenen Ausführungsformen der Einrichtung nach Fig. I, 2 wird die Umkehrung dann vofgenommen, wenn die Amplituden der Magnetfelder φsz, φsi gleich Null werden. Wird von der in Fig. 7d durch ausgezogene Linien angedeuteten Orientierung aus die Führungswelle 5 vom Operateur entgegen dem Urzeigersinn um den Winkel δα gedreht, so werden ähnlicherweise um den Winkel δα/2 die Felder φsz φsi gedreht. Dies führt zu einer Vergrösserung von MI, M2 und bei unveränderlichem Belastungsmoment Mi zu einer Drehung der Stellwelle 6 in der gleichen Richtung. Nach der Beendigung des Übergangsprozesses stellt sich eine neue Orientierung der Magnetfelder der Führungs- und der Stellsynchronmaschinen I, 2 ein, die in Fig. 7d gestrichelt angedeutet ist.
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Somit wird mit der erfindungsgemässen Richtung eine hohe Genauigkeit der Drehwinkel- und Kraft-Fernübertragung gewährleistet. Dadurch wird eine bessere Anpassung der Charakteristiken der Einrichtung an die Parameter des Operateurs erzielt und eine höhere Arbeitsgenauigkeit des biotechnischen Systems Operateur-Master-Shave-Manipulator erreicht.
Industrielle Anwendbarkeit
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Die Erfindung kann in der Robotertechnik, insbesondere in Master-Slave-Manipulatoren verwendet werden.