DE912238C

DE912238C - Servomotor

Info

Publication number: DE912238C
Application number: DEA6684A
Authority: DE
Inventors: Karl Polasek
Original assignee: AERO MATERIEL AB
Current assignee: AERO MATERIEL AB
Priority date: 1949-11-25
Filing date: 1950-11-23
Publication date: 1954-05-28
Also published as: CH293779A; BE499526A

Description

Servomotor Die Erfindung betrifft einen elektrischen Servomotor mit niedrigerer Zeitkonstante, kürzerer Einschwingungsda:uer und höherer Empfindlichkeit, als bisher erzielt wurde. Der Servomotor besteht aus zwei in allen Teilen gleichen Gleichstrommotoren, die mechanisch und elektrisch rückgekoppelt sind. Die mechanische bzw. elektrische Rückkopplung ist hierbei derart gewählt, daß sie die .durch einen Steuerimpuls verursachten primären Unterschiede in Drehzahl und Drehmoment der beiden Motoren verstärkt und als Ausgangseffekt ausnutzt.
Die Anker i und 2 sind gemäß Fig. i mechanisch über ein Differential gekuppelt, das aus Zahnrädern 8, 9, io, 11, 12, 13, 14. und 15 und einer Treibachse 16 besteht. Diese rotiert mit einer Drehzahl proportional der Drehzahldifferenz der Anker i und 2. Gemäß Fig. 2 sind die Anker i und 2 parallel geschaltet und werden von einer Gleichstromquelle 7 mit konstanter Spannung gespeist.
Ferner sind je eine Feldwicklung 5 bzw. 6 in Serie geschaltet und werden von dem über A und B kommenden Steuerstrom so durchflossen, daß die Wicklung 5 das Feld des Ankers i schwächt und die Wicklung 6 das Feld des Ankers 2 in gleichem Maße verstärkt, und umgekehrt. Weiter liegen je eine Feldwicklung 3 bzw. q. in Reihe und gekreuzt mit Anker 2 bzw. i, so daß ein Stromanstieg im Anker i das Feld für Anker 2 verstärkt bzw. ein Stromanstieg im Anker 2 das Feld für Anker i verstärkt. Außerdem sind je eine Feldwicklung 17 bzw. 18 reihengeschaltet und liegen an den Anschlußpunkten zwischen Anker i und Wicklung 4, bzw. zwischen Anker :2 und Wicklung 3. Die Wicklungen 3, 4, 17 und 18 sind so ausgelegt, daß sie zusammen eine geeignete Grunddrehzahl der Motoren aufrechterhalten, wenn kein Steuerstrom in Wicklung 5, 6 fließt.
Ferner sind die Verbindungspunkte zwischen Anker i und Wicklung 4. bzw. zwischen Anker 2 und Wicklung 3 über Kondensatoren i9 bzw. 2o rückgekoppelt auf den Anfang der Wicklung 5 bzw. das Ende der Wicklung 6. Der Anschlußpunkt zwischen Wicklung 5 und 6 ist über Kondensatoren 21 bzw. 22 mit den Polen der Stromquelle 7 verbunden.
Der Servomotor nach der Erfindung arbeitet in folgender Weise: Solange die Steuerwicklungen 5 und 6 stromlos sind, stellt sich bei beiden Motoren die gleiche Grunddrehzahl ein, und die Differentialachse 16 steht still.
Fließt ein Steuerstrom, so wird z. B. das Feld für Anker i geschwächt und das Feld für Anker 2 verstärkt. Anker i nimmt momentan einen höheren Strom auf und verstärkt durch Wicklung ,4 das Feld für Anker 2 noch mehr. Anker 2 nimmt momentan einen niedrigen Strom auf und schwächt durch Wicklung 3 das Feld für Anker i noch mehr.
Gleichzeitig entstehen in den Kondensatoren ig und 2o bzw. 21 und 22 voreilende Verschiebungsströme dadurch; daß sowohl zwischen A und B eine Steuerspannung entstanden ist, -als auch dadurch, daß die Rotorspannungen in i und 2 sich ändern. Die Verschiebungsströme durchfließen die Wicklungen 5 und 6 in einem solchen Sinne, daß das Feld für Anker i vorauseilend geschwächt und das Feld für Anker 2 vorauseilend gestärkt wird. Durch diesen Stromverlauf werden die Drehzahländerungen der Motoren sehr beschleunigt, so daß Anker i rasch eine höhere und Anker 2 eine niedrigere Drehzahl annimmt und die Differentialachse 16 mit dem angeschlossenen Lastmoment auf eine neue Gleichgewichtsdrehzahl kommt.
In Fig. 3 liegen die Anker i und 2 in Reihe an der konstanten Spannung der Stromquelle 7. Je eine Feldwicklung 3 bzw. 4 ist in Nebenschluß zu dem zugehörigen Anker i bzw. 2 geschaltet. Ferner sind j e eine Feldwicklung 5 und 6 in Reihe zwischen A und B angeschlossen und werden vom Steuerstrom so gespeist, daß Wicklung 5 das Feld für Anker i schwächt, wenn Wicklung 6 das Feld für Ankere stärkt, und umgekehrt. Außerdem sind je eine Feldwicklung 17 bzw. 18 gekreuzt an die Spannung von Anker :2 bzw. Anker i so angeschlossen, daß sie den Wicklungen 3 bzw. 4 entgegenwirken. Die resultierende Feldstärke der Wicklungen 3 und 17 bzw. 4 und i8 erhält das Grundfeld der Motoren aufrecht, für das die Drehzahl der Anker i und 2 gleich ist.
Weiter sind Kondensatoren i9 und 2o zwischen die Speisepunkte <q und B der Steuerwicklungen3,4 und die Pole der Stromquelle 7 gelegt. Ein Kondensator 21 verbindet die Mitte zwischen den Wicklungen 3, 4. mit der Mitte zwischen den Motoren i, 2. Solange kein Steuerstrom fließt, haben beide Motoren die gleiche Grunddrehzahl, und die Differentialachse 16 steht still. Sowie ein Steuerstrom auftritt, wird momentan z. B. das Feld für Anker i geschwächt und das Feld für Anker 2 verstärkt. Die Spannung in Anker i sinkt, die in Anker 2 steigt, die Feldstärke in Wicklung 3 und 18 sinkt, die in Wicklung 4 und 17 steigt. Dadurch wird das Drehmoment von Anker i auf einen sehr niedrigen Wert herabgedrückt, während das von Anker 2 sehr stark gesteigert wird.
Gleichzeitig entstehen durch die Steuerspannungsänderung und die Änderung der Ankerspannungen voreilende Verschiebungsströme in den Kondensatoren i9 und 21 bzw. 2o und 21, die die beschriebenen Änderungen der Motorfelder beschleunigen. Anker 2 übt ein sehr starkes Drehmoment aus, Anker i ein sehr kleines. Die Differentialachse mit dem angeschlossenen Lastmoment wird sehr schnell auf eine neue Gleichgewichtsdrehzahl beschleunigt.
Die Steuerwicklungen 5 und 6 können auch parallel an die Steuerspannung oder jede Wicklung für sich an zwei verschiedene Steuerspannungen geschaltet werden. Die Wicklungen 17 und 18 bzw. die Kondensatoren können unabhängig voneinander als Rückkopplungsglieder verwendet werden. Auch Reihenschaltung ohne Rückkopplung vermindert die Zeitkonstante.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Servomotor, bestehend aus zwei gleichen Gleichstrommotoren, an einer konstanten Spannung liegend und mechanisch mit Hilfe eines Differentialgetriebes gekoppelt, an dessen Treibachse der Servoeffekt abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Feldwicklung des ersten Motors (3, 17) vom Ankerstrom oder von der Ankerspannung des zweiten Motors beeinflußt wird und analog ein Teil der Feldwicklung des zweiten Motors vom Ankerstrom oder von der Ankerspannung des ersten Motors, so daß das Feld des ersten Motors mit sinkendem Ankerstrom bzw. mit steigender Ankerspannung des anderen Motors geschwächt und gleichzeitig das Feld des anderen Motors mit steigendem Ankerstrom bzw. sinkender Ankerspannung des ersten Motors gestärkt wird.
2. Servomotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweckmäßiger Teil der Feldwicklung (3, 4) des einen Motors mit dem Anker (2, i) des zweiten Motors in Serie an der Speisespannung (7) liegt, und umgekehrt, während der übrige Teil der Feldwicklungen so an eine Steuerspannung angeschlossen ist, daß das Feld des einen Motors vom Steuerstrom geschwächt und das des anderen Motors gestärkt wird, bzw. umgekehrt.
3. Servomotor nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die beiden Verbindungspunkte zwischen den Ankern (i, 2) und den mit ihnen in Reihe liegenden Feldwicklungen (3, 4.) je eine Feldwicklung (i7, 18) geschaltet ist, die zusammen mit den in Reihe mit den Ankern liegenden Feldwicklungen (3, 4) ein Grundfeld und eine Grunddrehzahl bei beiden Motoren aufrechterhalten, wenn der Steuerstrom Null ist.
4. Servomotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker miteinander in Reihe an der Stromquelle liegen und daß ein Teil der Feldwicklung (3, 4) in an sich bekannter Weise an der Spannung seines Ankers (i, 2) liegt, während der übrige Teil der Feldwicklungen (5, 6) so an die Steuerspannung gelegt ist, daß das Feld des einen Motors vom Steuerstrom geschwächt und das Feld des anderen Motors gestärkt wird, bzw. umgekehrt.
5. Servomotor nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker miteinander in Reihe an der Stromquelle liegen und daß ein Teil der Feldwicklung (3, 4) in an sich bekannter Weise an der Spannung seines Ankers (i, 2) liegt, ferner ein anderer Teil der Feldwicklung (i7, 18) des einen Motors an die Ankerspannung des anderen Motors und umgekehrt so angeschlossen ist, daß dieser gekreuzt gekoppelte Teil (i7, 18) dem direkt gekoppelten (3, 4) entgegenwirkt, während der übrige Teil der Feldwicklungen (5, 6) so an die Steuerspannung gelegt ist, daß das Feld des einen Motors von Steuerstrom geschwächt und das Feld des anderen Motors gestärkt wird, bzw. umgekehrt.
6. Servomotor nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Steuerstrom durchflossenen Feldwicklungen (5, 6) kapazitiv mit den Ankern (i, 2) so gekoppelt sind, daß eine Änderung der Ankerspannung einen Verschiebestrom hervorruft, der den gleichen Wirkungssinn wie der Steuerstrom hat.