DE3689352T2 - Umdrehungssteuerung für ein Differentialstellglied. - Google Patents

Umdrehungssteuerung für ein Differentialstellglied.

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    • H02P5/74Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors
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  • Power Engineering (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit zwei individuell gesteuerten Induktionsmotoren, die über eine Getriebeanordnung mit einer gemeinsamen Ausgangswelle gekuppelt sind.
  • In Fig. 1 ist eine konventionelle Schaltung für einen Wechselrichter dargestellt, der einen als Differentialaktuator wirkenden Induktionsmotor antreibt. Zu dieser Schaltung gehört ein Eingangsanschluß 101, der mit einer Wechselstromquelle in Verbindung steht, ein Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler 102 zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom, ein Siebkreis 103 zum Glätten des umgewandelten Gleichstroms, ein Wechselrichter 104 zum Umwandeln des geglätteten Gleichstroms in Wechselstrom beliebiger Frequenz und ein Induktionsmotor 105, der durch den vom Wechselrichter 104 gelieferten Wechselstrom betrieben wird.
  • Der Betrieb des genannten Differentialaktuators wird nachfolgend beschrieben. Über beispielsweise den Wechselstromanschluß 101 wird ein Dreiphasen-Wechselstrom an den Wechsel strom-Gleichstrom-Wandler 102 angelegt und wird von diesem in Gleichstrom umgewandelt. Über den Siebkreis 103 wird der erzeugte Gleichstrom geglättet. Der Wechselrichter 104 wird in einer bestimmten Sequenz geschaltet und wandelt den geglätteten Gleichstrom in Wechselstrom mit einer gewünschten Frequenz für den Induktionsmotor 105 um. Der vom Wechselrichter 104 erzeugte Wechselstrom hat eine Spannung/Frequenz-Charakteristik (v/f), wie sie in Fig. 2 dargestellt sind; die Drehzahl des Induktionsmotors 105 wird auf der Grundlage der dargestellten Spannung/Frequenz-Charakteristik gesteuert.
  • Wenn der Wechselrichter 104 eine Ausgangsspannung v erzeugt, die sich zu der Ausgangsfrequenz f verhält, wie dies als Spannung/Frequenz-Charakteristik in Fig. 2 dargestellt ist, dann wird der Induktionsmotor 105 mit konstantem Drehmoment angetrieben, wie es aus den Fig. 3(a) und 3(b) hervorgeht; erzeugt der Wechselrichter 104 eine konstante Ausgangsspannung v, unabhängig von einer variablen Ausgangsfrequenz f, wie dies auch in Fig. 2 dargestellt ist, dann erzeugt der Induktionsmotor 105 über einen großen Drehzahlbereich konstante Ausgangscharakteristika.
  • Verschiedene Arten von Differentialaktuatorsteuerungen, die den genannten Wechselrichter einsetzen, sind vorgeschlagen worden, beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift 54-27660 (1979 veröffentlicht).
  • Die Differentialaktuator-Drehmomentsteuerung, wie sie oben beschrieben wurde, kann das Drehmoment, außer im niedrigsten Drehzahlbereich (s. Fig. 3a), unter normalen Betriebsbedingungen steuern. Im niedrigsten Drehzahlbereich erhöht sich jedoch die Drehmomentwelligkeit und der Ausgangsleistung fehlt ein ausreichendes und gleichmäßiges Drehmoment; die Drehmomentsteuerung für den Induktionsmotor ist darum in diesem Drehzahlbereich schwierig.
  • Ist die Drehzahl des Induktionsmotors 105 im untersten Drehzahlbereich, dann ist die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters 104 unterhalb der Grenze, was die Drehzahlsteuerung auch des Differentialaktuators schwierig macht.
  • Aus DE-A-23 37 011 ist eine Anordnung bekannt, die zwei Dreiphasen- Induktionsmotoren umfaßt, von denen der erste über einen Steuerkreis (keinen Wechselrichter) gesteuert wird, während der zweite Motor lediglich ein- oder ausgeschaltet wird. Das Ausgangsritzel des ersten Motors wirkt über ein Untersetzungsgetriebe auf eine Ausgangswelle, wohingegen das Ausgangsritzel des zweiten Motors über ein Untersetzungsgetriebe auf das Ausgangsritzel des ersten Motors wirkt, so daß beide Motoren mechanisch parallel betrieben werden, entweder in gleicher oder in entgegengesetzter Richtung.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Antriebsanordnung zu schaffen, die auch bei niedrigen Ausgangsdrehzahlen eine ausreichende Ausgangsleistung liefert.
  • Nach der Erfindung ist eine Antriebsvorrichtung mit zwei individuell gesteuerten Induktionsmotoren, die über eine Getriebeanordnung mit einer gemeinsamen Ausgangswelle gekuppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren mit einem Differentialgetriebemechanismus gekuppelt sind, dessen Ausgangswelle eine Ausgangsdrehzahl entsprechend der Differenz der Ausgangsdrehzahlen der beiden Motoren hat, um eine Drehzahlsteuerung für einen Differentialaktuator zu bilden, und daß zwei Wechselrichter mit jeweils individueller Spannung/Frequenz-Ausgangscharakteristik vorgesehen sind, die zwischen den Induktionsmotoren und einer die Induktionsmotoren speisenden Stromquelle angeordnet sind.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
  • Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm der Induktionsmotorsteuerschaltung, wie sie in der konventionellen Differentialaktuator-Drehzahlsteuerung verwendet wird;
  • Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung des Verhältnisses von Wechselrichterausgangsspannung zur Frequenz bei der konventionellen Drehzahlsteuerung;
  • Fig. 3(a) und 3(b) sind graphische Darstellungen des Verhältnisses von Induktionsmotorausgangsdrehmoment zur Drehzahl bei der konventionellen Drehzahlsteuerung;
  • Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 5 zeigt einen vereinfachten Längsschnitt des Differentialaktuators, der in dem oben genannten Ausführungsbeispiel eingesetzt wird;
  • Fig. 6 zeigt eine vereinfachte perspektivische Darstellung des Hauptteiles des in Fig. 5 dargestellten Mechanismus;
  • Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses von Induktionsmotorausgangdrehmoment zur Drehzahl des oben genannten Differentialaktuators;
  • Fig. 8(a) ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses von Induktionsmotorausgangsdrehmoment zur Drehzahl der oben genannten Drehzahlsteuerung des Differentialaktuators bei variierender Einstellfrequenz des Wechselrichters;
  • Fig. 8(b) ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses von Induktionsmotorausgangsdrehzahl zur Drehzahl der oben genannten Drehzahlsteuerung des Differentialaktuators, wenn der Unterschied zwischen beiden Frequenzen der elektrischen Antriebsleistung vom Wechselrichter gesteuert wird;
  • Fig. 9 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses von Induktionsmotorausgangsdrehmoment zur Drehzahl des Differentialaktuators bei belasteter Ausgangswelle;
  • Fig. 10 zeigt eine Seitenansicht eines Greifers, bei dem die Erfindung eingesetzt werden kann;
  • Fig. 11 zeigt eine Seitenansicht einer Vorschubeinrichtung für ein Werkstück, die mit dieser Erfindung ausgerüstet sein kann;
  • Fig. 12 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Klemmvorrichtung, die mit dieser Erfindung ausgerüstet sein kann;
  • Fig. 13 zeigt eine perspektivische Ansicht der Spindel eines Bearbeitungswerkzeuges, das mit dieser Erfindung ausgerüstet sein kann;
  • Fig. 14 zeigt eine perspektivische Ansicht des Gelenkabschnittes eines Industrieroboterarmes, der mit dieser Erfindung ausgerüstet sein kann, und
  • Fig. 15 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Transportmechanismus, der mit dieser Erfindung ausgerüstet sein kann.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Differentialaktuator-Drehzahlsteuerung beschrieben.
  • Der in Fig. 4 dargestellte Differentialaktuator 1 enthält zwei Induktionsmotoren, 2 und 3, gleichen Aufbaus und mit gleichen Ausgangscharakteristika sowie einen Differentialgetriebemechanismus 4. Die Induktionsmotoren 2 und 3 werden von einer gemeinsamen Dreiphasen-Wechselstromquelle 5 über Leitungen 6 bzw. 7 und zwei Wechselrichter, 8 und 9, gespeist. Die Wechselrichter 8, 9 weisen eine Spannungs/Frequenz- Charakteristik auf, wie sie aus Fig. 1 hervorgeht. Mehrphasenleistungsmesser 10 und 11 sind zwischen Induktionsmotor 2 und Wechselrichter 8 bzw. Motor 3 und Wechselrichter 9 angeordnet.
  • Eine Ausgangswelle 12 des Differentialaktuators 1 ist mit einem digitalen Drehmomentsensor 14 zum digitalen Messen des Ausgangsdrehmomentes der Welle 12 gekoppelt, und ein Drehmomentmesser 15 zum Auslesen des gemessenen Drehmomentes ist mit dem digitalen Drehmomentsensor 14 verbunden.
  • Der Aufbau des Differentialaktuators 1 umfaßt, wie aus Fig. 5 hervorgeht, ein praktisch zylindrisches Gehäuse 16, die bereits erwähnten Induktionsmotoren 2 und 3 und den Differentialgetriebemechanismus 4, die in dem Gehäuse untergebracht sind; Endkappen 18, die sowohl die beiden Endöffnungen des Gehäuses 16 verschließen als auch Lager 17 der Ausgangswellen 12 und 13 haltern. Die Induktionsmotoren 2 und 3 erzeugen das Drehmoment über die elektromagnetische Induktion, die zwischen Statoren 20 und 30, die an der Innenwand des Gehäuses 16 befestigt sind, und Rotoren 22 und 32, die an der Außenfläche von mit Bohrungen versehenen Wellen 21 und 31 sitzen, wirkt. Wellen 21 und 31 sind in Lagern 19 drehbar gelagert. Diese Lager sind an Innenflanschen 16a des Gehäuses 16 gesichert. Die Ausgangswellen 12 und 13 des Differentialaktuators 1 verlaufen durch eine Bohrung in den Wellen 21 bzw. 31, ohne sich in der Rotation zu beeinträchtigen. An ihren zur Mitte der Anordnung hin gelegenen Enden sind Wellen 21 und 31 mit einem ersten und einem zweiten Kegelzahnrad, 42 und 43, des Differentialgetriebemechanismus 4 gekoppelt. Das erste und das zweite Kegelzahnrad, 42 und 43, sind mit dritten Kegelzahnrädern 44 und 45 im Eingriff, die über Lager 46 auf einer kleinen Differentialachse 47 gelagert sind, welche mit einer zylindrischen großen Differentialachse 48 (s. Fig. 6) zusammenwirkt, die in der Mitte der Anordnung mit den Enden 12a und 13a der Ausgangswellen 12 bzw. 13 verbunden ist.
  • Nachfolgend wird der Betrieb des beschriebenen Differentialaktuators 1 und seine Steuerung beschrieben. Bei Betrieb des Differentialaktuators 1 bewirkt die elektromagnetische Induktion, daß sich die Wellen 21 und 31 der Induktionsmotoren 2 bzw. 3 in den von den Pfeilen P und Q der Fig. 5 angezeigten Richtungen drehen. Im ersten Fall wird angenommen, daß die Drehzahl R1 der Welle 21 größer ist als R2 der Welle 31, also R1 > R2. In diesem Fall bewirkt die Differenzgeschwindigkeit ein Rotieren der dritten Kegelzahnräder 44 und 45 um die kleine Differentialachse 47, und der Differentialgetriebemechanismus 4 dreht sich um die zentrale Welle der ersten und zweiten Kegelzahnräder, 42 und 43, was durch den Pfeil P in Fig. 6 angedeutet ist. Dementsprechend drehen sich die Ausgangswellen 12 und 13 ebenfalls in der Richtung P; ihre Rotationsgeschwindigkeit ist dabei wie folgt:
  • Ro = ½(R1-R2) . . . (1)
  • Als nächstes wird angenommen, daß die Drehzahl R1 der Welle 21 geringer ist als R2 der Welle 31, also R1 < R2. In diesem Fall werden die dritten Kegelzahnräder 44 und 45 vom zweiten Kegelzahnrad 43 gedreht, und der Differentialgetriebemechanismus 4 dreht sich in der vom Pfeil Q angezeigten Richtung, also in entgegengesetzter Richtung zum vorher beschriebenen Fall. Die Ausgangswellen 12 und 13 drehen sich dementsprechend in Richtung Q.
  • Weiter wird angenommen, daß die Wellen 21 und 31 eine gleiche Drehgeschwindigkeit haben, also R1 = R2. In diesem Fall Ro = 0, wie durch Gleichung (1) gegeben, beendet der Differentialgetriebemechanismus 4 die Drehung und die Ausgangswellen 12 und 13 kommen zum Stillstand.
  • Werden die Wellen 21 und 31 im normalen Drehzahlbereich betrieben, können die Ausgangswellen 12 und 13 darum leicht und glatt vom Stillstand bis zu einer bestimmten niedrigen Drehzahl rotieren, was Drehzahländerungen des Differentialgetriebemechanismus 4 im niedrigen Drehzahlbereich erleichtert.
  • Nachfolgend wird der Betrieb bei gleichsinnig rotierenden Wellen 21 und 31 beschrieben. Im ersten Fall wird die Welle 31 des Induktionsmotors 3 in Verbindung mit dem zweiten Kegelzahnrad 43 des Differentialgetriebemechanismus 4 (Fig. 5 und 6) in der gleichen Richtung P gedreht wie die Welle 21. Der Drehzahl Ro der Ausgangswellen 12 und 13 wird die Drehzahl der ersten und zweiten Kegelzahnräder, 42 und 43, wie folgt hinzugefügt:
  • Ro = ½(R1 + R2) . . . (2)
  • Drehen sich die Wellen 21 und 31 in der gleichen Richtung bei gleicher Geschwindigkeit, also R1 = R2, drehen sich die dritten Kegelzahnräder 44 und 45 mit dem ersten und zweiten Kegelzahnrad, 42 und 43, und in diesem Fall rotieren die Ausgangswellen 12 und 13 mit der gleichen Drehzahl wie die Wellen 21 und 31 und geben dabei eine Ausgangsleistung ab, die die Summe der Ausgangsleistungen der Induktionsmotoren 2 und 3 ist.
  • Die Ausgangswellen 12 und 13 des Differentialaktuators 1 weisen einen weiten Drehzahlbereich auf, der auch die Drehzahl 0 einschließt, und wie folgt ausgedrückt wird:
  • (-½(R1 + R2)) < (+½(R1 + R2)) . . . (3)
  • Andererseits besteht zwischen den Ausgangsdrehmomenten T1 und T2 der Induktionsmotoren 2 bzw. 3 und dem Ausgangsdrehmoment To der Ausgangswellen 12 und 13 die folgende stabile Beziehung:
  • To = T1 + T2 . . . (4)
  • Befinden sich die Ausgangsdrehmomente T1 und T2 im Gleichgewicht, so wird das Ausgangsdrehmoment der Wellen To = 2T1 oder To = 2T2, und an den Ausgangswellen 12 und 13 wird ein großes Drehmoment erzeugt.
  • Im folgenden wird die Steuerung bzw. Regelung des Ausgangsdrehmomentes des Differentialaktuators 1 anhand der in Fig. 4 gezeigten Schaltung beschrieben. Es wurde ein Versuch zur Bewertung der Beziehung von Drehzahl zu Drehmoment der Ausgangswellen 12 und 13 des Differentialaktuators 1 auf die Einstellfrequenzen der Wechselrichter 8 und 9 von 35 Hz bzw. 30 Hz und die Rotationsgeschwindigkeit der Induktionsmotoren 2 und 3 von 937 Umdrehungen/min. durchgeführt. Das Ergebnis ist mit der durchgezogenen Linie in Fig. 7 wiedergegeben. Wie dargestellt, erreichte das maximale Drehmoment 29,6 kg cm. Mit der gestrichelten Linie in Fig. 7 ist das Ausgangsdrehmoment dargestellt, das von einem konventionellen System mit einem einzigen Induktionsmotor erreicht wurde, der bei einer Einstellfrequenz mit einem maximalen Ausgangsdrehmoment von 4,7 kg cm angetrieben wurde. Das von der durchgezogenen Linie angezeigte maximale Drehmoment ist weitaus größer als das von der gestrichelten Linie angegebene, was beweist, daß die Wechselrichtersteuerung für den Differentialaktuator 1 selbst im niedrigen Drehzahlbereich ein ausreichendes Drehmoment erzeugt und für den praktischen Einsatz günstig ist.
  • Wird die Frequenz des Wechselrichters 8 auf 35 Hz fest eingestellt und die eines weiteren Wechselrichters, 9, zwischen 5 Hz und 30 Hz variiert, wird die in Fig. 8(a) dargestellte abfallende Drehmoment/Drehzahl-Charakteristik erreicht, die mit der eines Gleichstrommotors identisch ist; d. h. die Drehzahl wird über einen großen, dynamischen Bereich steuerbar bzw. regelbar. Dadurch wird ein ausreichend großer Drehmomentausgang durch eine kleine Drehzahlanpassung ermöglicht, was dem Betrieb eines Differentialaktuators entspricht, der aus der Kombination von zwei Gleichstrommotoren besteht, bei dem die Differenz der an beide Motoren angelegten Spannungen angepaßt wird.
  • In Fig. 8(b) ist das Ergebnis einer Funktionsprüfung dargestellt, bei der ein Pronyscher Zaum bei der erfindungsgemäßen Differentialaktuator-Drehzahlsteuerung eingesetzt wurde. Die graphische Darstellung zeigt, daß die Ausgangswellen 12 und 13 auf konstanter Zieldrehzahl bei variierendem Lastdrehmoment an den Ausgangswellen 12 und 13 gehalten wurden; das Lastdrehmoment wurde mit Hilfe des Pronyschen Zaums erzeugt. Eine Regelung auf die konstante Zieldrehzahl wurde über eine Anpassung der Differenzfrequenz auf dem Wege einer gleichzeitigen Änderung der Einstellfrequenzen der beiden Wechselrichter 8 und 9 erreicht.
  • Werden die Ausgangswellen 12 und 13 beispielsweise durch einen Bremsvorgang belastet, wobei die Einstellfrequenz des Wechselrichters 8 bei 35 Hz gehalten und die des Wechselrichters 9 variiert wird, ist das Verhältnis von Drehmoment zu Drehzahl der Wellen 12 und 13 wie in Fig. 9 dargestellt, und in diesem Fall wird das Ausgangsdrehmoment praktisch konstant, unabhängig von der Drehzahl.
  • Selbst bei niedrigen Drehzahlen der Ausgangswellen 12 und 13 des Differentialaktuators 1 laufen die Induktionsmotoren 2 und 3, die Teile des Aktuators 1 sind, mit hoher Geschwindigkeit, was bewirkt, daß die Ausgangswellen 12 und 13 trotz der niedrigen Drehzahl ein ausreichend großes Drehmoment mit außerordentlich geringer Drehmomentwelligkeit erzeugen.
  • Nachfolgend werden einige Anwendungsbeispiele beschrieben, bei denen der Differentialaktuator 1 und die damit zusammenwirkende, beschriebene Drehmomentsteuerung bzw. -regelung eingesetzt werden.
  • In Fig. 10 ist die Anwendung dieser Erfindung in einer Greifvorrichtung 50 dargestellt. Der Differentialaktuator 1 ist praktisch so aufgebaut, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Eine Ausgangswelle 13 ist verlängert und mit einem Gewindeabschnitt 13a versehen, auf dem eine Mutter 51 sitzt. Die Mutter ist mit Ansätzen 51a versehen, und ähnliche Ansätze, 18a, sind an der Endkappe 18 des Gehäuses 16 vorgesehen, so daß zwei Armpaare, 52 und 53, über Stifte 18b und 51b an den Ansätzen 18a bzw. 51a geschwenkt werden. Die Arme 52 und 53 sind über einen Stift 54 verbunden, der auch Greifarme 55 zusammen mit den Armen 52 und 53 schwenken läßt. An den Enden der Greifarme 55 sind einander gegenüberliegende Greifplatten 56 vorgesehen, die ein Werkstück 57 als Ergebnis einer Schwenkbewegung der Greifarme 55 halten. Diese Schwenkbewegung wird durch die lineare Bewegung der Mutter 51 auf eine Rotation der Ausgangswelle 13 des Differentialaktuators 1 hin erzeugt. Bei Einsatz der erfindungsgemäßen Drehzahlregelung und des Differentialaktuators 1 wird für den Greifmechanismus 50 ein Ergreifen eines Werkstückes 57 mit erwünschter Kraft ermöglicht, die ohne Schwierigkeiten so einzustellen ist, daß verschiedene Anforderungen, wie sie z. B. zum Ergreifen eines weichen Materials auftreten, erfüllt werden. Wegen der in Fig. 9 dargestellten Merkmale kann das Werkstück 57, wenn es bewegt wird, mit gleichbleibender, von der Bewegungsgeschwindigkeit unabhängiger Greifkraft von einer Position in eine andere gebracht werden.
  • In Fig. 11 ist die Anwendung dieser Erfindung in einer Vorschubeinrichtung 60 für ein Werkstück, wie sie in verschiedenen automatisierten Maschinen eingesetzt wird, dargestellt. Der Differentialaktuator 1 ist mit Befestigungsmitteln 62 auf einer Basisplatte 61 befestigt. Seine Ausgangswelle 12 ist mit einem Gewindeabschnitt 12a versehen, auf dem eine Mutter 63 sitzt. Die Mutter 63 weist eine L-förmige Vorschubvorrichtung 64 auf, die ein Werkstück 65 auf der Basisplatte 61 in einer Linearbewegung, die von der Rotation der Ausgangswelle 12 erzeugt wird, vorschiebt. Die Linearbewegung der Vorschubvorrichtung 64 kann über eine Drehmomentregelung der Ausgangswelle 12 in einer Weise justiert werden, daß das Werkstück 65 langsam mit großem Drehmoment vorgeschoben und schnell mit kleinem Drehmoment wieder in seine Ausgangsposition zurückgeholt wird. Es ist auch möglich, das Werkstück bei Anwendung der in Fig. 9 dargestellten Merkmale mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen.
  • In Fig. 12 ist der Einsatz dieser Erfindung bei einer Klemmvorrichtung 70 dargestellt. Die Klemmvorrichtung 70 ist über ein Feststellglied 75 mit dem Ende einer Ausgangswelle 12 des Differentialaktuators 1 verbunden, der mit Hilfe einer Befestigung 72 an der Basis so gesichert ist, daß ein Werkstück 78 zwischen einem Klemmglied 76 am Ende des Klemmarmes 74 und einer Klemmunterlage 77 auf der Basis eingeklemmt werden kann. Die Klemmkraft wird durch die Schwenkbewegung des Klemmarmes 74 erzeugt, die von der Rotation der Ausgangswelle 12 ausgeht, und kann ohne weiteres mit der Drehmomentregelung, wie sie weiter oben beschrieben wurde, justiert werden.
  • Fig. 13 ist eine perspektivische Ansicht einer Antriebseinheit eines Bearbeitungswerkzeuges, bei der die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann. In der Zeichnung ist die Ausgangswelle 12 des Differentialaktuators 1 mit dem Ende einer Spindel 80 über eine Befestigung 81 gekoppelt. Am oberen Ende der Spindel 80 ist ein Schneidwerkzeug 82 zur Bearbeitung eines Werkstückes 83 vorgesehen; dieses Werkstück wird mit konstanter Drehzahl bearbeitet, indem die Spindel 80 mit konstanter Geschwindigkeit auf das Werkstück 83 zu bewegt wird; die Geschwindigkeit wird über die erfindungsgemäße Drehzahlregelung der Ausgangswelle 12 des Differentialaktuators, d. h. unabhängig von der Größe des Lastdrehmomentes, konstant gehalten.
  • In Fig. 14 ist die Anwendung dieser Erfindung bei einem Industrieroboter dargestellt. Der Differentialaktuator 1 wird als Teil des Gelenkabschnittes 87 eingesetzt, der einen Arm 86 mit dem Hauptteil 85 verbindet. Zu dem Gelenkabschnitt 87 gehört ein U-förmiger, drehbarer Flansch 89, dessen beide Enden mit der Ausgangswelle 12 des Differentialaktuators 1 gekoppelt sind. Der Differentialaktuator ist über eine Befestigung 88 am Hauptteil 85 befestigt. Bei dieser Anordnung wird die Drehzahl der Ausgangswelle 12 unabhängig vom am Arm 86 anliegenden Lastdrehmoment beliebig geregelt, auch auf Null gebracht, und somit eine konstante Regelung der Geschwindigkeit des Armes 86 erreicht.
  • In Fig. 15 ist die Anwendung dieser Erfindung in einer Transportvorrichtung dargestellt. An der Ausgangswelle 12 des Differentialaktuators 1 ist ein Gewindeabschnitt 12a vorgesehen, der mit einem Scharnierabschnitt 93a einer Halterungsplatte 93 im Eingriff ist. Die HaI- terungsplatte ist an einem Ende eines Tisches 91 angeordnet, der einen Führungsabschnitt 92 aufweist. Das Ende der Ausgangswelle 12 ist an einem Ende eines Schiebers 94 befestigt, der auf dem Führungsabschnitt 92 entlang der Achse der Ausgangswelle 12 gleitet. An der Unterseite des Schiebers 94 ist ein Gleitabschnitt 94a vorgesehen, und auf dem Schieber befindet sich ein Werkstück 95. Bei dieser Anordnung kann der Schieber 94 mit beliebigen Geschwindigkeiten im Bereich von Stillstand bis zur normalen Betriebsgeschwindigkeit bewegt werden und die Transportvorrichtung 90, die auf diese Weise konstant geschwindigkeitsgeregelt ist, kann ohne weiteres mit einem Bearbeitungswerkzeug oder dergleichen kombiniert eingesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Drehzahlregelung umfaßt zwei Wechselrichter mit konstanten, jedoch eigenen Spannungs/Frequenz-Charakteristika, die zwischen zwei Induktionsmotoren und der Spannungsquelle für den Differentialaktuator angeordnet sind und das Ausgangsdrehmoment aus der Differenzdrehzahl der beiden Induktionsmotoren erzeugen. Deswegen kann die Drehzahl beider Induktionsmotoren über die zugehörigen Wechselrichter getrennt gesteuert bzw. geregelt werden, was eine stabile Regelung des Ausgangsdrehmomentes an den Wellen des Differentialaktuators in einem erweiterten Drehzahlbereich vom Stillstand bis zu normalen Betriebsdrehzahlen zuläßt.
  • Wie oben im Detail beschrieben, enthält die erfindungsgemäße Drehzahlregelung für einen Differentialaktuator zwei Induktionsmotoren, und eine Differentialvorrichtung enthält eine Drehzahlregelung zum Regeln der Drehzahl beider Induktionsmotoren bei individuellen Frequenzen, so daß die Ausgangswelle des Aktuators auf konstante Drehzahlen von Stillstand bis zu normalen Betriebsgeschwindigkeiten geregelt wird, basierend auf der Drehzahldifferenz der beiden Induktionsmotoren, wodurch die Rotationsgeschwindigkeit der Ausgangswelle exakt auf gewünschte Drehzahlen geregelt wird, unabhängig vom an der Ausgangswelle anliegenden Lastdrehmoment.

Claims (5)

1. Antriebsvorrichtung mit zwei individuell gesteuerten Induktionsmotoren, die über eine Getriebeanordnung mit einer gemeinsamen Ausgangswelle gekuppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (2, 3) mit einem Differentialgetriebemechanismus (4) gekuppelt sind, dessen Ausgangswelle (12, 13) eine Ausgangsdrehzahl entsprechend der Differenz der Ausgangsdrehzahlen der beiden Motoren (2, 3) hat, um eine Drehzahlsteuerung für einen Differentialaktuator zu bilden, und daß zwei Wechselrichter (8, 9) mit jeweils individueller Spannungs/- Frequenz-Ausgangscharakteristik vorgesehen sind, die zwischen den Induktionsmotoren (2, 3) und einer die Induktionsmotoren (2, 3) speisenden Stromquelle (5) angeordnet sind.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Wechselrichter (8) Leistung mit fester Frequenz an den einen Induktionsmotor (2) liefert und der andere Wechselrichter (9) Leistung mit variabler Frequenz an den anderen Induktionsmotor (3) liefert.
3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein digitaler Drehmomentsensor (14) mit der Ausgangswelle (12, 13) des Differentialaktuators gekuppelt ist, um das Ausgangsdrehmoment der Ausgangswelle digital zu messen, und daß der digitale Drehmomentsensor (14) einen Meßwert an einem Drehmomentmesser (15) ausgibt und eine Drehmomentregelung durch Einstellen der Frequenz des Wechselrichters (9) mit variabler Frequenz durchführt.
4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem der Wechselrichter (8, 9) und den Induktionsmotoren (2, 3) Mehrphasen-Leistungsmesser (10, 11) vorgesehen sind, die die den zugeordneten Induktionsmotoren (2, 3) zugeführten Leistungen messen.
5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Induktionsmotoren (2, 3) und der Differentialgetriebemechanismus (4) in ein gemeinsames Gehäuse (16, 18) integriert sind.
DE86112749T 1985-10-11 1986-09-16 Umdrehungssteuerung für ein Differentialstellglied. Expired - Fee Related DE3689352T2 (de)

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