Электромагнитная опора

 

Использование: в области машиностроения , в частности в конструкциях коленчатых валов двигателей внутреннего сгорания и компрессорных установок. В предлагаемой конструкции масляный канал в щеках выполняется в виде отверстия, образующего угол с плоскостью опасного сечения коленчатого вала и с плоскостью, проходящей через продольные оси симметрии смежных шеек. При этом снижается трудоемкость изготовления конструкции за счет более удобного доступа для инструмента в процессе сверления. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4945547/27 (22) 17.06.91 (46) 15.04.93. Бюл. М 14 (75) А.А. Карпов (56) Патент США

М 4268095, кл. F 16 С 39/06, кл. 308/10, 1983.

Бетин В.Н., Айзеншток Г.И. Динамические характеристики однокоординатного магнитного подвеса // Электротехника.—

1988, М 6, с. 63-67.

Микросхемы для бытовой радиоаппаратуры. М.: Радио и связь, 1989, с. 384 с ил., с.

308-313. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОПОРА (57) Сущность изобретения: электромагнитная опора, содержащая магнитопроводы, обмотки, датчик положения, регуляторы электромагнитной силы, регуляторы токов обмоток, усилители мощности и датчики тоИзобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных узлах на магнитных опорах.

Целью изобретения является повышение динамической жесткости, запаса устойчивости и надежности электромагнитной опоры, На фиг. 1 представлена элементарная электромагнитная опора для одной иэ степеней свободы; на фиг. 2- вариант выполнения преобразователя "частота-напряжение"; на фиг. 3 — вид сигналов в различных элементах электромагнитной опоры.

Электромагнитная опора содержит магнитопроводы 1, расположенные на подвешиваемом телв 2 и на статоре с зазором друг относительно друга, корпус 3, расположенную на магнитопроводе 1 статора, Дат„„!Ж„„18О9191 А1 (я)ю F 16 С 33/04 ков обмоток, снабжена преобразователями

"частота-напряжение". Они преобразуют частоту колебания напряжения на выходе регуляторов токов в сигнал постоянного напряжения, подаваемый на вход регуляторов токов. Это позволяет получить дополнительную информацию о положении подвешиваемого тела из частоты автоколебаний напряжений на выходах регуляторов токов, работающих в скользящем режиме. Полученные сигналы складываются с сигналами, поступающими от датчиков положения через регуляторы электромагнитной силы, что позволяет повысить динамическую жесткость, запас устойчивости и надежности опоры, вследствие того, что дополнительные информационные каналы обладают меньшей инерционностью из-за меньшего числа элементов преобразования сигналов.

1 з.п.ф-л ы, 3 ил. чик положений (ДП) 4 подвешиваемого тела

2 подключен ко входу регулятора электромагнитной силы (РЭМС) 5, представляющему собой, например, пропорционально-интегро-дифференцирующий (ПИД) регулятор. Опора имеет также регулятор тока 6, который содержит сумматор 7, релейный элемент (РЭ) 8, усилитель мощности (УМ) 9, датчик тока (ДТ) 10 обмотки 3 и преобразователь "частота-напряже- . ние" 11. Первый прямой вход сумматора 7 является входом регулятора тока 6, а второй прямой его вход соединен с выходом преобразователя "частота-напряжение" 11. Инвертирующий вход сумматора 7 соединен с датчиком тока 10. Выход сумматора 7 соединен со входом РЭ 8, выход которого, в свою очередь, соединен, соответственно, со входами преобразователя "частота-на пряже1809191 ние" 11, и YM 9, выходом подключенного к обмотке 3.

Преобразователь "частота-напряжение" 6 содержит первый формирователь импульсов (ФИ1) 12 и второй формирователь импульсов (ФИ2) 13, генератор пилообразного напряжения (ГПН) 14, устройство "выборки-хранения" (УВХ) 15 (3) и инвертирующий усилитель 16.

Входом преобразователя 6 является вход ФИ1 12, выходом подключенного ко входам ФИ2 13 и управляющему входу УВХ

15. Выход УВХ 15 соединен со входом инвертирующего усилителя 16, выход которого образует выход преобразователя 6.

Устройство работает следующим образом.

Подвешенное тело 2 стабилизируется в заданном положении при помощи 2* и электромагнитных Опор (одна из которых изображена на фиг. 1), где n — число степеней свободы тела 2, ограниченных электромагнитными опорами. В номинальном положении (положении равновесия) через обмотку

3 протекает номинальный ток 10, и между магнитопроводами 1 действует номинальная электромагнитная сила притяжения, компенсирующая внешнюю силу, приложенную к телу 2 (или создаваемую аналогичной электромагнитной опорой, расположенной с противоположной стороны подвешиваемого тела). В регуляторе тока при этом положении происходят автоколебания напряжения на выходе Р3 8 и УМ 9 с номинальной частотой f>, которые и обеспечивают протекание через обмотку

3 тока I>, При этом между магнитопроводами 1 поддерживается номинальный зазор до, измеряемый ДП 4. При отклонении величины зазора от номинального значения, 6>

ДП4 вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный данному отклонению который поступает в РЭМС 5. После формирования в РЭМС 5 сигнала, соответствующего требуемому для возвращения подвешиваемого тела 2 в номинальное положение приращению электромагнитной силы, он подается на вход регулятора тока

6. Одновременно при изменении величины воздушного зазора д происходит и изменение частоты f автоколебаний напряжения в регуляторе тока 6, причем при увеличении д.частота fрастет,,а при уменьшении д.; падает. Сигнал постоянного напряжения, пропорциональный частоте f, полученный в преобразователе "частота-напряжение" 11 подается на прямой вход сумматор 7, где суммируется с сигналом РЭМС 5. Суммарный сигнал подается на Р3 8, что приводит к соответствующему изменению действующего значения тока 1 и созданию приращения электромагнитной силы требуемого для возвращения тела 2 в номинальное положение.

Сигнал импульсов напряжения с выхода

РЭ 8 поступает на вход ФИ1 (фиг. 2), явля ющегося входом преобразователя "частота-напряжение" 11, где преобразуется в

10 короткие управляющие импульсы напряже,ния Ueg<, посредством которых в УВХ 15 осуществляется запись и хранение до прихода следующего импульса сигнала, поступающего на прямой вход УВХ 15. Задним

15 фронтом импульса Uevl< формируется импульс 0©и2 в ФИ2 13, который обнуляет сигнал Огпн на выходе ГПН 14 и вновь запускает ГПН 14. Таким образом, непосредственно после запоминания в УВХ 15

20 напряжения, достигнугого ГПН 14 на момент прихода управляющего импульса

Uevt>, происходит перезапускание ГПН 14 посредством импульса Uegz, сдвинутого во времени относительно Uevl1, Инвертирую25 щий усилитель 16 инвертируют сигнал Uvsx на выходе УВХ15 для получения прямо пропорциональной зависимости между частотой f на входе преобразователя 11 и напряжением 0вцх на его выходе.

30 В регуляторе тока 6 вследствие наличия глубокой отрицательной связи по току, которая образована ДТ 10, сумматором 7 и РЭ 8, постоянно генерируются высокочастотные колебания напряжения (фиг. 3), подаваемые

35 на обмотку 3. При отсутствии сигнала на выходе преобразователя 11 и РЭМС 5 это обеспечивает протекание через обмотку 3 номинального тока 1, Частота переключения РЭ 8 определя40 ется его параметрами (гистерезисом или зоной нечувствительности), коэффициентом передачи "ток-напряжение" ДТ 10 и индуктивностью обмотки 3, определяемой в линейном приближении воздушным зазором

45 между магнитопроводами 1. Поскольку при функционировании электромагнитной опоры изменяющимся параметром среди перечисленных является только воздушный зазор, то положение подвешенного тела 2

50 по данной координате однозначно связано с частотой переключений РЭ 8. Поэтому при смещении подвешиваемого тела 2 из заданного номинального положения (по данной координате) наряду с соответствующим изменением управляющего сигнала на выходе

РЭМС 5 происходит изменение частоты переключений на выходе РЭ 8. Этот сигнал поступает нв вход преобразователя "частота-напряжение" 11, При увеличении воздушного зазора между магнитопроводами

1809191

1 частота переключений увеличивается (фиг.

3, Орэ), Увеличивается также и напряжение на выходе преобразователя 11 U<». Данное напряжение складывается в сумматоре 7 с напряжением, поступающим с выхода 5

РЭМС 5, что повышает динамическую жесткость, запас устойчивости и надежность подвеса.

Введение преобразователя "частотанапряжение" позволяет получить в данной 10 электромагнитной опоре дополнительную информацию о положении подвешиваемого тела. Благодаря этому повышается динамическая жесткость опоры, поскольку преобразователь 11 обладает большим 15 быстродействием, чем РЭМС, вследствие меньшего числа звеньев в цепи преобразования "перемещение-постоянное напряжение". Одновременно повышается и запас устойчивости, потому что управляющие сиг- 20 налы по перемещению перераспределяются между РЭМС 5 и преобразователем 11, . что расширяет диапазон линейной работы (без насыщения) входящих в РЭМС 5 электронных звеньев. Повышение надежности 25 опоры обеспечивается созданием параллельного канала управления, который может дублировать основной (РЭМС 5) при выходе его из строя. При этом преобразова-. тель частота-напряжение" может быть так- 30 же снабжен и дифференцирующим звеном, как РЭМС 5.

Таким образом, предложенная электромагнитная опора имеет высокую динамическую. жесткость, большой запас 35 устойчивости и высокую надежность.

Опора может быть использована как для подвеса роторов электромашин, турбомашин, центрифуг, так и для подвеса линейно перемещающихся тел, например 40 транспорта на электромагнитном подвесе.

Формула изобретения

1, Электромагнитная опора, содержащая магнитопроводы, расположенные на 45 подвешиваемом теле и на статоре с зазором друг относительно друга, обмотки, расположенные на магнитопроводах статора, датчики положения подвешиваемого тела, регуляторы электромагнитной силы, регуляторы токов обмоток, включающие в себя сумматор с инвертирующим и первым прямым .входами, релейный элемент, усилитель мощности и датчик тока обмотки, причем датчик положения подвешиваемого тела по каждой его степени свободы соединен с входом соответствующего регулятора электромагнитной силы, выходом подключенного к входу регулятора тока соответствующей обмотки статора. первый прямой вход сумматора является входом регулятора тока, выход сумматора подключен к входу релейного элемента, выход которого через усилитель мощности и датчик тока подключен к обмотке, а выход датчика тока соединен с инвертирующим входом сумматора, о тл и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышения динамической жесткости, запаса устойчивости и надежности электромагнитной опоры, она снабжена преобразователем частота-напряжение, а сумматор регулятора тока снабжен вторым прямым входом, причем вход преобразователя частота-напряжение соединен с выходом релейного элемента, а выход — с вторым прямым входом сумматора.

2. Опора по и. 1, о т л и ч а ю ща я с я тем, что преобразователь частота-напряжение содержит два формирователя управляющих импульсов, генератор пилообразного напряжения, устройство выборки-хранения с нормальным входом и входом управления и инвертирующий усилитель, причем вход первого формирователя управляющих импульсов является входом преобразователя частота-напряжение, а выход соединен с входом второго формирователя управляю-. щих импульсов и с управляющим входом устройства выборки-хранения, выход второго формирователя управляющих импульсов соединен с входом генератора пилообразного напряжения, выходом подключенного к прямому входу устройства выборки-хранения, выход которого соединен с входом инвертирующего усилителя, а выход инвертирующего усилителя образует выход преобразователя частота-напряжение.

1809191

1809191

Фиг. 5

Редактор

Заказ 1274 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 о Фых

Составитель А. Карпов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревскам