DE19501439A1 - Elektromechanische Bedienungseinrichtung - Google Patents

Elektromechanische Bedienungseinrichtung

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Description

Bedienungseinrichtungen zur ein- oder mehrdi­ mensionalen Erfassung von Positionen oder Drehwinkeln weisen gegenüber einer direkten numerischen Eingabe dieser Werte Vorteile hin­ sichtlich einer einfacheren Bedienbarkeit durch den Menschen auf und werden daher in vielen Bereichen der Handhabungstechnik eingesetzt zur Steuerung von Fahrzeugen (z. B. Rollstuhl, Flugzeug), zur Bedienung von Hebezeugen (z. B. Kran, Roboter), zur interaktiven Benutzung von Geräten der Datenverarbeitungstechnik u. a. Die vorgegebene Positions- bzw. Winkelgröße wird in eine proportionale Zielgröße (z. B. Kraft, Weg) umgesetzt und über eine geeignete Stell­ einrichtung ausgegeben. Hierbei erfolgt der Datenfluß in der Regel lediglich vom Bediener zum Eingabegerät, eine direkte Rückführung von prozeßbeeinflussenden Größen im Sinne einer Rückmeldung an den Bediener findet somit nicht statt.
Ist eine solche Rückmeldung erforderlich, so bietet sich neben konventionellen Methoden wie etwa einer optischen oder akustischen Ausgabe vor allem eine direkte Beeinflussung des Bedie­ nungselementes selbst in Form einer prozeßab­ hängigen Mit- oder Gegenkraft bzw. eines prozeßabhängigen Mit- oder Gegenmomentes an. Vorteilhaft bei letzterem Verfahren ist zum einen die Tatsache, daß bei entsprechender Ausführung keine zusätzlichen externen Komponenten (z. B. Bildschirm, Lautsprecher) benötigt werden und daß zum anderen Systembeeinflussung und System­ antwort in der gleichen physikalischen Größe erfolgen, wodurch sich die intuitive Bedienbarkeit wesentlich erhöhen läßt (z. B. Rückmeldung des Staudruckes beim Betätigen der Leitwerke eines Flugzeuges durch Gegenkraft auf die Bedie­ nungshebel).
Die nachfolgende Beschreibung mit der Erläute­ rung durch ein Bild sowie die Darlegung der Schutzansprüche zeigt einen zweckmäßigen Lö­ sungsweg für die gestellte Aufgabe.
Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Einrichtung zur mehrdimensionalen Drehwinkel­ erfassung verbunden mit der Möglichkeit, den beweglichen Teil dieser Einrichtung mit einem elektromagnetisch erzeugten Drehmoment zu be­ aufschlagen.
Sie besteht aus einem ruhenden Teil "Stator" (Joch (3) mit Jochbasis (3a) und Jochflanken (3b), Polschuhe (2) mit Nuten (2b) und Zähnen (2a), (2c) und Spulen (5)) und einem beweglichen Teil "Rotor" (Erregerteil (1b), obere (1a) und untere (1c) Polscheibe, Bedienungshebel (6)). Beide Teile sind durch eine Lagerung miteinander verbunden, die keine translatorischen Freiheits­ grade aufweist. Bei einer einfachen Achsenlage­ rung besitzt der Rotor einen, bei einer kardani­ schen Lagerung zwei und bei einer Kugelkopfla­ gerung drei rotatorische Freiheitsgrade in einem durch den Lagerschaft (4) oder den Bedie­ nungshebel (6) (je nach Ausführung) einge­ schränkten Bewegungsbereich. Um den Rotor herum sind ein oder mehrere Sensoren (7) zur Erfassung des bzw. der Drehwinkel angeordnet.
Die magnetischen Quellen dieser Anordnung werden durch das Erregerteil (1b) sowie die Spulen (5) gebildet. In der gezeigten Darstellung handelt es sich bei dem Erregerteil um einen Zy­ linder(-ring) aus permanentmagnetischem Mate­ rial, welcher in axialer Richtung magnetisiert ist. In der symmetrischen Ruhelage des Rotors und bei stromlosen Zustand der Spulen bildet sich ein symmetrisches Erregerfeld aus, und es tritt kein Moment um das Zentrum des Rotors herum auf. Werden die Spulen von Strömen geeigneter Richtungen durchflossen, so überlagert sich das Erregerfeld des Permanentmagneten mit dem Feld der Ankerspulen, und es entsteht als Ergeb­ nis dieser Überlagerung ein unsymmetrisches Ge­ samtfeld, welches zu einer Drehmomentbildung um das Zentrum des Rotors herum führt. Größe und Vorzeichen dieses Momentes lassen sich über Höhe und Richtung der Ströme in den ein­ zelnen Ankerspulen einstellen.
Auch bei einer Verdrehung des Rotors im strom­ losen Zustand tritt ein Moment um das Zentrum des Rotors herum auf. Dieses Moment ist auf den Reluktanzeffekt durch Ausprägung von Nuten (2b) und Zähnen (2a), (2c) im Polschuh sowie auf die abgeflachten Rotorpolscheiben (1a), (1c) zu­ rückzuführen. Es bewirkt ein vom Grad der Verdrehung aus der Nullage heraus abhängiges Rückstellmoment (zentrierende Wirkung).

Claims (6)

1. Elektromechanische Bedienungseinrich­ tung, dadurch gekennzeichnet, daß ein mittels eines Bedienungshebels (6) um einen Azimutwinkel neigbarer Rotor (1) zentrisch zwischen mehreren auf einem symmetrischen Eisenjoch (3) aufgesetzten Polschuhen (2) angeordnet ist, und daß sich auf jedem Jocharm zumindest eine elektri­ sche Spule (5) befindet.
2. Einrichtung nach obigem Anspruch, da­ durch gekennzeichnet, daß der mittlere Teil (1b) des Rotors (1) durch eine obere (1a) und eine untere (1c) Polscheibe eingefaßt ist, und daß dieser Mittelteil aus einem permanentmagnetischem Material und/oder einer elektrischen Spule besteht.
3. Einrichtung nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Polschuh (2) eine Nut (2b) aufweist, deren Höhe mit der des Rotormittelteiles (1b) übereinstimmt, und daß die beiden sich durch diese Nutung ausbildenden Zähne (2a), (2c) mit der Höhe der jeweils korrespondierenden Rotorpolscheibe (1a), (1c) übereinstimmen.
4. Einrichtung nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang oder unterhalb des Rotors minde­ stens ein Sensor zur Lageerfassung (7) des Rotors (1) angebracht ist.
5. Einrichtung nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere aus der Positionserfassung (7) des Rotors (1) abgeleitete Zustandsgrö­ ßen (Lage, Geschwindigkeit, Beschleuni­ gung) zur Beeinflussung eines auf den Ro­ tor wirkenden elektromechanisch erzeugten Drehmomentes herangezogen werden.
6. Einrichtung nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die drehmomenterzeugenden Komponenten untrennbarer Bestandteil der Bedienein­ richtung selbst sind und keiner mechani­ schen Verbindung zum Rotor bedürfen. Fig. 1 zeigt eine perspektivische Gesamt­ darstellung der elektromechanischen Bedie­ nungseinrichtung.
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