Устройство опоры ротатора в устройстве вращения

Изобретение относится к устройствам вращения, предназначенным для работы в условиях микрогравитации и невесомости. Устройство опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации содержит магнитную опору ротатора для осуществления контроля за вибрацией. В корпусе сформированы углубления. Катушки магнитных опор и датчики вибрации установлены в углублениях и закреплены на стороне корпуса. Вал вращения верхним концом установлен в часть углубления и нижним концом установлен в другую часть углубления и соединен с двигателем. Оба конца вала вращения установлены с помощью магнитных опор. Плечи, проходящие горизонтально по осям Х и Y, одними концами закреплены на валу вращения, на других их концах установлены экспериментальные коробки. Растения, животные и т.д. помещены в коробки и над ними выполняются эксперименты во время вращения в космическом пространстве. Технический результат заключается в подавлении вибраций, возникающих из-за несбалансированности веса между каждой из коробок с помощью датчиков вибрации. 6 с и 18 з.п. ф-лы, 20 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится в общем к устройству опоры ротатора в устройстве вращения, предназначенном для работы в условиях микрогравитации и невесомости, с помощью которого производятся эксперименты в космическом пространстве, и, в частности, к устройству опоры ротатора, которое содержит магнитный подшипник и т.д., используемый в качестве опоры ротатора с тем, чтобы обеспечить активное управление распространением вибрации, возникающей в ротаторе, на окружающую среду.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

На фиг.20 схематично изображен вид сверху устройства вращения согласно известному уровню техники, используемого в настоящее время для выполнения экспериментов в космическом пространстве. Как показано на фиг.20, на узле 60 вращения, таком как двигатель, установлены четыре элемента 61, 62, 63, 64 держателя, закрепленные на нем радиально. На соответствующих концах элементов 61-64 держателя закреплены экспериментальные коробки 70, 71, 72, 73, а экспериментальные объекты, такие как растения, помещены в экспериментальные коробки 70-73. В условиях микрогравитации такое устройство вращения с помощью узла 60 вращения приводится во вращение с небольшой скоростью, приблизительно 1 оборот в секунду, и во время вращения выполняются эксперименты с объектами, помещенными в экспериментальные коробки 70-73.

В указанном устройстве вращения экспериментальные коробки 70-73 закреплены на концах элементов 61-64 держателей так, что их конечные части имеют большие размеры. Кроме того, хотя само устройство вращения выполнено симметричным относительно оси вращения, в экспериментальных коробках 70-73 содержатся экспериментальные объекты различного вида, имеющие различные размеры, что создает несбалансированность веса между экспериментальными объектами, содержащимися в коробках. В связи с этим, при вращении на валу вращения, а также на элементах 61-64 держателей и в экспериментальных коробках 70-73 возникает вибрация, которая приводит к перемещению экспериментальных объектов или оказывает на них отрицательное воздействие.

В устройствах вращения согласно известному уровню техники, используемых в космическом пространстве, как описано выше, во время вращения возникает вибрация, которая передается на плечи элементов держателей и экспериментальные коробки, которые составляют ротатор, и оказывает отрицательное воздействие на экспериментальные объекты.

Кроме того, вибрация распространяется через вал вращения на окружающее пространство и оказывает влияние на оборудование, расположенное в окружающем пространстве, и на космический аппарат в целом, затрудняя управление им. Такая вибрация может быть погашена с помощью структурных средств до такой степени, что ее уровень будет находиться на уровне установившейся вибрации, который может быть известен заранее. Однако, если вибрация изменяется в произвольно возникающем режиме вибрации, контроль над ней также ограничен и трудно предпринять меры противодействия. Таким образом, требуется разработка соответствующих мер противодействия.

Как указано выше, вибрация, возникающая в устройстве в космическом пространстве, должна быть предотвращена на сколько это возможно, и с этой целью в настоящее время проводятся исследования, направленные на использование упругих подшипников, таких как подшипники, содержащие пружину, в качестве подшипников, предназначенных для установки вала вращения, а также для подавления вибрации вала путем управления током возбуждения катушки магнитного подшипника. Однако эффективное средство контроля за вибрацией пока еще не было разработано.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение касается устройства опоры ротатора в устройстве вращения, предназначенном для работы в условиях микрогравитации, в котором магнитная опора используется в качестве опоры вала вращения, для осуществления активного контроля за вибрацией с тем, чтобы произвольная вибрация, возникающая в устройстве вращения в условиях микрогравитации, в том числе в космическом пространстве, не распространялась на окружающую среду через вал вращения, и можно было бы осуществлять за ней активный контроль с обеспечением возможности подавления произвольных режимов вибрации. Кроме того, настоящее изобретение направлено на устройство опоры ротатора устройства вращения для условий микрогравитации, в котором используется магнитная катушка, установленная вокруг вала вращения ротатора или установленная в опоре вала вращения для осуществления активного контроля за вибрацией путем изменения параметров управления в соответствии с изменениями характеристик вибрации или собственной частоты вибрации так, чтобы можно было бы эффективно контролировать распространение в окружающую среду через ротатор произвольной вибрации, возникающей в устройстве вращения в космическом пространстве, и могли бы подавляться произвольные режимы вибрации.

Настоящее изобретение также направлено на устройство опоры ротора в устройстве вращения для условий микрогравитации, в котором магнитная опора устройства вращения для условий микрогравитации имеет улучшенную конструкцию так, что он содержит отдельные магнитную опору активного контроля за вибрацией и магнитную опору контроля смещения для обеспечения с их помощью эффективного контроля даже за вибрациями небольшого уровня с тем, чтобы вибрация не могла распространяться через магнитные опоры на сторону кожуха и не оказывала отрицательное воздействие на оборудование или устройства, расположенные за пределами кожуха.

Настоящее изобретение направлено также на устройство опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации, в котором в опору, выполненную на основе магнитного подшипника, добавлен механизм упругого держателя так, что, даже когда на магнитный подшипник не поступает электрическое питание, вал вращения может удерживаться в центральном положении, и не возникает столкновений или ударов вала вращения даже в момент включения устройства в работу.

Для решения вышеуказанных задач в рамках настоящего изобретения предложено устройство опоры в соответствии с нижеследующим описанием.

Устройство опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации, в котором ротатор содержит вал вращения, установленный в кожухе устройства вращения для условий микрогравитации, так что оба его конца или один из его концов установлены на стороне кожуха с помощью опоры ротатора так, чтобы обеспечивалась возможность привода во вращение с помощью двигателя, множество плечей, установленных радиально и закрепленных одними из концов на внешней поверхности вала вращения, и множество коробок, установленных на других концах множества плечей, в которых могут быть размещены гравитационные или добавляющие гравитацию объекты, отличается тем, что механизм опоры ротатора содержит блок управления, выполненный с возможностью осуществления управления силой удержания, прилагаемой опорой для удержания вала вращения для обеспечения осуществления контроля за вибрацией вала вращения.

Устройство опоры ротатора, приведенное выше, отличается тем, что опора представляет собой магнитную опору, содержащую катушку, установленную на стороне кожуха так, что она расположена вблизи к внешней поверхности вала вращения, причем механизм установки ротатора дополнительно содержит множество датчиков вибрации, закрепленных на стороне кожуха и расположенных вблизи катушки, а также вблизи внешней поверхности вала вращения, и блок управления выполнен так, что в него поступают сигналы смещения от множества датчиков вибрации, с помощью которых определяется вибрация вала вращения по смещению вала вращения и производится управление током возбуждения катушки для осуществления контроля за вибрацией.

Устройство опоры ротатора, приведенное выше, отличается тем, что множество датчиков вибрации установлено не только на стороне кожуха, но как на стороне кожуха, так и на валу вращения, или только на валу вращения, и блок управления выполнен так, что в него поступают сигналы смещения от множества датчиков вибрации, и блок управления выполнен с возможностью управления током возбуждения катушки для осуществления активного контроля за вибрацией вала вращения.

Устройство опоры ротатора, приведенное выше, отличается тем, что дополнительно содержит датчик зазора или датчик смещения, установленный на стороне кожуха, расположенный вблизи катушки, и блок управления выполнен с возможностью осуществлять измерение расстояния между валом вращения и датчиком зазора или датчиком смещения и выполнять управление током возбуждения катушки с тем, чтобы осуществлять активный контроль за вибрацией вала вращения.

Устройство опоры ротатора, приведенное выше, отличается тем, что дополнительно содержит оптический датчик или лазерный измеритель смещения, установленный на стороне кожуха, расположенный вблизи катушки, и блок управления выполнен с возможностью осуществлять измерение расстояния между валом вращения и оптическим датчиком или лазерным измерителем смещения и осуществлять управление током возбуждения катушки для осуществления активного контроля за вибрацией вала вращения.

Устройство опоры ротатора по п. (4), приведенному выше, отличается тем, что вместо множества датчиков вибрации оно содержит только датчик зазора или датчик смещения, установленный на стороне кожуха, расположенный вблизи катушки, и блок управления выполнен с возможностью осуществлять измерение расстояния между валом вращения и датчиком зазора или датчиком смещения, или измерение смещения вала вращения для осуществления контроля за вибрацией вала вращения, и производить управление током возбуждения катушки для осуществления активного контроля за вибрацией вала вращения.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что блок управления выполнен так, что в него поступают сигналы смещения от множества датчиков вибрации для определения вибрации вала вращения, при этом блок управления приспособлен производить сравнение параметров вибрации с заранее определенным требуемым значением параметров вибрации и производить управление током возбуждения катушки так, чтобы вибрация могла быть подавлена до уровня ниже требуемого значения вибрации.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что блок управления выполнен так, что на основе сигналов, поступающих от одного из датчиков зазора, датчика смещения, оптического датчика и лазерного измерителя смещения, выполняет измерение расстояния до вала вращения или смещение вала вращения для определения вибрации вала вращения, производит сравнение спектра вибрации с заранее определенным требуемым значением спектра и осуществляет управление током возбуждения катушки так, чтобы можно было осуществлять активное подавление вибрации до уровня ниже требуемого значения спектра.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что, блок управления выполнен так, что при определении превышения требуемого значения ускорения или амплитуды вибрации блок управления осуществляет контроль за вибрацией вала вращения так, что вибрация может быть подавлена до уровня ниже требуемого значения, концентрично по отношению к интервалу вибрации, превышающей требуемое значение.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что блок управления выполнен так, что при определении превышения требуемого значения ускорения или амплитуды вибрации блок управления осуществляет контроль за вибрацией вала вращения так, что вибрация может быть подавлена до уровня ниже требуемого значения, концентрично по отношению к интервалу вибрации, превышающей требуемое значение, и одновременно записывает информацию о частоте и ускорении или амплитуде, или данные по всем этим параметрам вибрации, превышающим требуемое значение так, чтобы эта информация могла быть отражена в функции управления, которая позволяет осуществлять последующий активный контроль за вибрацией.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что блок управления выполнен так, что при определении превышения требуемого значения ускорения или амплитуды вибрации блок управления осуществляет контроль за вибрацией вала вращения так, что вибрация может быть подавлена до уровня ниже требуемого значения, концентрично по отношению к интервалу вибрации, превышающей требуемое значение, и одновременно производит сравнение информации о частоте и ускорении или амплитуде, или данных по всем этим параметрам вибрации, превышающим требуемое значение, с предварительно записанными данными по вибрации так, что может быть подавлена причина вибрации.

Устройство для установки ротатора отличается тем, что блок управления выполнен так, что при определении превышения заданного значения ускорения или амплитуды вибрации блок управления осуществляет контроль за вибрацией вала вращения так, что вибрация может быть подавлена до уровня ниже требуемого значения, концентрично по отношению к интервалу вибрации, превышающей требуемое значение, и одновременно производит сравнение информации о частоте и ускорению или амплитуде, или данных по всем этим параметрам вибрации, превышающим требуемое значение, с предварительно записанными данными по вибрации так, что может быть подавлена причина вибрации, и информация о ней может быть записана с тем, чтобы она могла отражаться в функции управления блока управления, чтобы, таким образом, улучшить возможность управления.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что содержит опору, поддерживающую оба конца вала вращения, и катушку контроля за вибрацией, расположенную вокруг вала вращения так, что поддерживается заранее определенный зазор по отношению к валу вращения, причем механизм установки ротатора дополнительно содержит множество датчиков вибрации, установленных на стороне кожуха, расположенных вблизи катушки контроля за вибрацией через равные промежутки друг от друга вокруг вала вращения, причем по отношению к валу вращения поддерживается заранее определенный зазор, и блок управления выполнен так, что в него поступают сигналы смещения зазора от множества датчиков вибрации и, если сигналы смещения превышают заранее определенное значение, блок управления производит управление током возбуждения катушки контроля за вибрацией и при управлении током возбуждения катушки контроля за вибрацией блок управления формирует сигналы, амплитуда которых изменяется путем комбинирования линейного сигнала и нелинейного сигнала в соответствии с величиной сигналов смещения с тем, чтобы осуществлять активный контроль за вибрацией.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что опора, поддерживающая оба конца вала вращения, представляет собой магнитную опору, которая выполнена с возможностью выполнять функцию не только опоры вала вращения, но также функцию катушки контроля за вибрацией.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что катушка контроля за вибрацией содержит части катушки, разделенные в соответствии с количеством и положением множества датчиков вибрации, и блок управления выполнен с возможностью определять положение датчика вибрации, у которого наибольший сигнал смещения по сравнению с другими сигналами смещения, поступающими от множества датчиков вибрации, и производить управление током возбуждения той части катушки контроля за вибрацией, которая соответствует положению данного датчика вибрации.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что магнитная опора содержит части катушки, разделенные в соответствии с количеством и положением множества датчиков вибрации, и блок управления выполнен с возможностью определять положение датчика вибрации, у которого наибольший сигнал смещения по сравнению с сигналами смещения, поступающими от множества датчиков вибрации, и осуществлять управление током возбуждения той части катушки магнитной опоры, которая соответствует положению данного датчика вибрации.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что блок управления выполнен с возможностью производить измерение временных изменений сигналов смещения, поступающих от множества датчиков вибрации, производить вычисление скорости изменения и тенденции изменения временных изменений и на основании полученных результатов вычислений позволяет регулировать силу тока возбуждения магнитных опор для осуществления соответствующего контроля за вибрацией.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что магнитная опора, поддерживающая оба конца вала вращения, содержит магнитную опору контроля за вибрацией и магнитную опору управления наклоном, с помощью которых осуществляется удержание вала вращения.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что магнитная опора, поддерживающая оба конца вала вращения, содержит две магнитные опоры контроля за вибрацией и магнитную опору управления наклоном, установленную между двумя магнитными опорами контроля за вибрацией.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что магнитная опора, поддерживающая оба конца вала вращения, содержит две магнитные опоры управления наклоном, которые выполняют удержание вала вращения, и магнитную опору контроля за вибрацией, установленную между двумя магнитными подшипниками управления наклоном.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что магнитная опора контроля за вибрацией приспособлена функционировать только для осуществления контроля за вибрацией вала вращения, и магнитная опора управления наклоном приспособлена функционировать для осуществления удержания положения вала вращения, а также для осуществления управления положением вала вращения с тем, чтобы ослаблять силу удержания вала вращения, когда магнитная опора контроля за вибрацией осуществляет контроль за вибрацией.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что магнитная опора, поддерживающая оба конца вала вращения, установлена со стороны кожуха через механизм упругого держателя, который установлен на стороне внешней поверхности магнитной опоры, и сила удержания вала механизма упругого держателя установлена меньшей, чем сила удержания вала магнитной опоры.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что механизм упругого держателя содержит основной корпус, в котором установлена магнитная опора, предназначенная для поддержания вала вращения, и множество пружин, соединяющих поверхность внешней окружности основного корпуса и сторону кожуха.

Устройство опоры ротатора отличается тем, что механизм упругого держателя содержит основной корпус, в котором установлена магнитная опора, предназначенная для поддержания вала вращения, и упругий элемент, изготовленный из эластичного материала, соединяющий внешнюю поверхность основного корпуса и сторону кожуха.

В устройстве согласно изобретению объекты, такие как экспериментальные объекты, которые добавляют гравитацию в окружающей среде в условиях микрогравитации в космическом пространстве, помещены во множество коробок, и эти коробки вращаются вокруг вала вращения. Объекты представляют собой, например, растения или животных, и они создают несбалансированность веса между каждой из коробок. Таким образом, при вращении ротатора возникает вибрация из-за различия в ускорении. Блок управления производит управление силой удержания положения подшипника для удержания вала вращения с тем, чтобы, таким образом, подавлять смещение вала вращения, вызываемое вибрацией. Таким образом, вибрация ротатора, который содержит вал вращения, плечи и коробки, может контролироваться для ее подавления до минимального значения.

В устройстве согласно изобретению оба конца вала вращения или один его конец установлены на магнитную опору. При возникновении вибрации вала вращения из-за несбалансированности веса объектов в коробках или несбалансированности системы определяется уровень вибрации по величине смещения вала вращения с помощью датчиков вибрации, установленных вблизи к внешней окружности вала вращения, и их сигналы поступают в блок управления. Блок управления определяет вибрацию вала вращения на основании этих сигналов смещения и выполняет управление током возбуждения катушки магнитной опоры с тем, чтобы осуществлять контроль за вибрацией вала вращения. Таким образом производится управление вибрацией с целью ее подавления и предотвращения ее распространения на окружающие объекты в космическом пространстве через подшипник вала вращения.

В устройстве, приведенном выше, датчики вибрации расположены как на стороне кожуха вала вращения, так и закреплены на валу вращения. В устройстве, приведенном выше, в дополнение к датчикам вибрации, установлен датчик зазора или датчик смещения, и в устройстве, приведенном выше, установлен оптический датчик или лазерный измеритель смещения. Таким образом, определение вибрации вала вращения может осуществляться с более высокой точностью.

В устройстве, приведенном выше, вместо датчиков вибрации в соответствии с изобретением может использоваться такая конструкция, которая определяет вибрацию только с помощью датчика зазора или датчика смещения. Следовательно, конструкция датчиков может быть упрощена с целью определения состояния объектов, помещенных в коробки.

В устройстве, приведенном выше, если блок управления определяет вибрацию вала вращения, он производит сравнение вибрации с заранее заданным требуемым значением вибрации до уровня подавления вибрации вращающейся части устройства и осуществляет управление током возбуждения катушки так, что вибрация может подавляться до уровня ниже требуемого значения. Следовательно, отрицательное воздействие на другое оборудование или устройства в космическом пространстве может быть предотвращено.

В устройстве, приведенном выше, блок управления определяет вибрацию на основании смещения вала вращения, которое определяется с помощью датчика зазора, датчика смещения, оптического датчика или лазерного измерителя смещения, производит сравнение вибрации со спектром требуемого значения, который установлен по отношению к спектру вибрации, и производит такое управление, которое подавляет вибрацию до уровня ниже требуемого значения. В устройстве, приведенном выше, если определяемое ускорение при вибрации или амплитуда колебаний при вибрации превышают требуемое значение, блок управления осуществляет контроль за вибрацией так, что вибрация может быть подавлена до уровня ниже требуемого значения, концентрично по отношению к диапазону вибрации, превышающему требуемое значение. Таким образом, вибрация может быть мгновенно подавлена.

В устройстве, приведенном выше, блок управления производит запись информации, относящейся к частоте, ускорению, амплитуде и т.д. определяемой вибрации с тем, чтобы отразить эти значения в функции управления последующего контроля за вибрацией. В устройстве, приведенном выше, производится сравнение данных определяемой вибрации с заранее записанными данными так, чтобы могла быть подавлена причина вибрации, и в устройстве, приведенном выше, причина вибрации подавляется на основании результата сравнения, а параметры вибрации записываются таким образом, чтобы они отражались в функции управления. Следовательно, благодаря функции накопления данных обеспечивается более точный контроль за вибрацией.

В устройстве, приведенном выше, вибрация ротатора определяется по смещению зазора между валом вращения и стороной кожуха с помощью множества датчиков вибрации, установленных вокруг вала вращения, и сигналы смещения, поступающие от датчиков вибрации, поступают в блок управления. Если сигналы смещения будут иметь высокое значение по сравнению с заранее определенным значением, которое установлено при обычном состоянии отсутствия вибрации, блок управления производит управление током возбуждения катушки контроля за вибрацией, чтобы, таким образом, обеспечить управление смещением зазора, вызываемого вибрацией ротатора. При таком управлении катушки контроля за вибрацией блок управления вырабатывает сигналы, амплитуда которых изменяется путем комбинирования линейного сигнала и нелинейного сигнала, соответствующих величинам сигналов смещения, поступающих от датчиков вибрации, и производится управление катушкой контроля за вибрацией с помощью выходных сигналов, вырабатываемых, таким образом, блоком управления. С помощью такого управления вибрация может оптимально подавляться и сводиться до заданного уровня.

В устройстве, приведенном выше, опора, поддерживающая оба конца вала вращения, представляет собой магнитную опору, выполненную с возможностью функционировать как в качестве опоры вала вращения, так и в качестве катушки контроля за вибрацией. Следовательно, структура системы контроля за вибрацией ротатора упрощается, и вибрация может подавляться оптимальным образом и сводиться к заданному значению на обоих концах вала вращения.

В устройстве, приведенном выше, катушка контроля за вибрацией разделена на части катушки, и также в устройстве, приведенном выше, катушка магнитной опоры разделена на части катушки. Благодаря этому производится эффективное управление током возбуждения части катушки, соответствующей положению, где смещение из-за вибрации ротатора будет наибольшим, и, таким образом, более эффективно может контролироваться вибрация ротатора.

В устройстве, приведенном выше, блок управления производит вычисление скорости изменения и тенденции изменения по отношению к изменениям во времени сигналов вибрации, поступающим от датчиков вибрации, и в соответствии со значением скорости изменения и тенденцией осуществляет управление током возбуждения катушки контроля за вибрацией. Таким образом, может быть реализована более высокая точность контроля за вибрацией.

В устройстве, приведенном выше, магнитная опора, поддерживающая оба конца вала вращения, имеет магнитную опору контроля за вибрацией, которая осуществляет активный контроль за вибрацией, и магнитную опору управления наклоном, которая осуществляет удержание положения. Магнитная опора управления наклоном удерживает вал вращения в центральном положении с помощью магнитной силы. Магнитная опора контроля за вибрацией функционирует таким образом, что при возникновении вибрации вала вращения магнитный подшипник контроля за вибрацией генерирует магнитную силу, которая ослабляет силу удержания магнитной опоры контроля наклона до определенной величины, чтобы, таким образом, уменьшить силу удержания вала вращения. В то же самое время производится управление для осуществления активного контроля за вибрацией вала вращения. Таким образом, вибрация, вызываемая слишком большим значением силы удержания, создаваемая магнитной опорой управления наклоном, уменьшается и предотвращается распространение наружу вибрации даже очень небольшого уровня. Следовательно, обеспечивается возможность эффективного контроля за вибрацией.

В устройстве, приведенном выше, магнитная опора, поддерживающая оба конца вала вращения, имеет две магнитные опоры контроля за вибрацией и магнитную опору управления наклоном, которая установлена между ними. Следовательно, также как и в устройстве, приведенном выше, может быть предотвращено распространение вибрации, возникающей на валу вращения за пределы кожуха. Кроме того, оба конца вала вращения установлены в магнитные опоры, имеющие две магнитные опоры контроля за вибрацией, которые выполнены хорошо сбалансированными, и, таким образом, становится возможным осуществление более эффективного контроля за вибрацией.

В устройстве, приведенном выше, магнитные опоры, в которые установлены оба конца вала вращения, имеют две магнитные опоры управления наклоном, и магнитные опоры контроля за вибрацией расположены между ними. Следовательно, так же, как и в устройстве, приведенном выше, может быть предотвращено распространение вибрации за пределы кожуха, возникающей на валу вращения. Кроме того, оба конца вала вращения установлены в магнитную опору, куда установлены оба хорошо сбалансированных магнитных подшипника управления наклоном, таким образом, обеспечивается удержание положения вала вращения и становится возможным осуществлять более эффективный контроль за вибрацией.

В устройстве, приведенном выше, когда с помощью магнитной опоры контроля за вибрацией осуществляется контроль за вибрацией вала вращения, производится управление током возбуждения магнитной опоры управления наклоном таким образом, чтобы ослабить силу удержания положения вала вращения до заранее определенного значения. Благодаря этому сила удержания положения, создаваемая магнитной опорой управления наклона для удержания вала вращения, ослабляется, и вибрации вала вращения предоставляется большая свобода по отношению к магнитной опоре управления наклоном. Таким образом, предотвращается распространение вибрации на сторону кожуха через магнитную опору управления наклоном и осуществляется эффективный ее контроль с помощью магнитной опоры контроля за вибрацией.

В устройстве, приведенном выше, магнитные опоры, в которые установлены оба конца вала вращения, удерживаются механизмом упругого держателя и благодаря этому вал вращения может удерживаться в центральном положении вращения, даже когда на магнитную опору не подается питание. Кроме того, сила удержания вала механизма упругого держателя установлена на уровне меньшем, чем в магнитной опоре. С другой стороны, сила удержания вала механизма упругого держателя установлена таким образом, чтобы была получена минимальная сила удержания вала для удержания вала вращения в центральном положении, когда на магнитную опору не подается электрическое питание и магнитная опора не генерирует силу удержания. Следовательно, предотвращается распространение вибрации, возникающей на валу вращения на сторону кожуха через магнитную опору, и осуществляется эффективный контроль за вибрацией с помощью магнитной опоры.

В устройстве, приведенном выше, механизм упругого держателя конструктивно состоит из основного корпуса, в котором установлена магнитная опора, и множества пружин, соединяющих основной корпус со стороной кожуха. Кроме того, в устройстве, приведенном выше, механизм упругого держателя имеет такую конструкцию, в которой в основном корпусе установлена магнитная опора и упругий элемент, изготовленный из эластичного материала, соединяющий основной корпус со стороной кожуха. Таким образом, вал вращения может упруго удерживаться с помощью простого механизма упругого держателя. Упругий держатель может быть реализован не только с помощью такого упругого материала, как резина, губчатая резина или уретан, но также и с помощью средства держателя, в котором используется жидкий материал, жидкостные опоры и т.д.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее описание ведется со ссылками на фигуры чертежей на которых:

фиг.1(а)-(с) изображают механизм установки ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации по первому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, в котором фиг.1(а) - вид сбоку в поперечном сечении, фиг.1(b) - вид в поперечном сечении в направлении стрелок по линии А-А согласно фиг.1(а), фиг.1(с) изображает вид в поперечном сечении, в направлении стрелок по линии В-В, согласно фиг.1(а);

фиг.2 изображает схему системы управления механизма установки ротатора в соответствии с первым вариантом воплощения;

фиг.3 - схема алгоритма работы механизма установки ротатора по первому варианту осуществления;

фиг.4 - вид сбоку в поперечном сечении верхней части устройства опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации по второму варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.5(а) и (b) - графики, представляющие два примера требуемого значения и воздействия контроля за вибрацией в устройстве опоры ротатора в соответствии с первым и вторым вариантами воплощения;

фиг.6(а)-(с) - система активного управления в устройстве опоры ротатора устройства вращения для условий микрогравитации по третьему варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, на которых фиг.6(а) изображает вид сбоку в поперечном сечении, фиг.6(b) изображает вид в разрезе в направлении стрелок по линии С-С, обозначенной на фиг.6(а), фиг.6(с) изображает вид в разрезе в направлении стрелок по линии D-D, обозначенной на фиг.6(а);

фиг.7 - схема системы управления в соответствии с третьим вариантом осуществления;

фиг.8(а)-(с) изображают три графика, характеризующие модели возбуждения катушки контроля за вибрацией в соответствии с третьим вариантом осуществления, на которых фиг.8(а) и (b) изображают графики для моделей, в которых скомбинированы линейные и нелинейные зависимости, и фиг.8(с) изображает график для модели, в которой используется только нелинейная зависимость;

фиг.9 - схема системы управления устройством опоры ротатора в устройстве вращения в условиях микрогравитации по четвертому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.

фиг.10 - вид сбоку в поперечном сечении устройства опоры ротатора в устройстве вращения в условиях микрогравитации по пятому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.11(а) и (b) - виды в поперечном сечении частей устройства опоры ротатора по пятому варианту воплощения, показанному на фиг.10, на которых фиг.11 (а) изображает вид в разрезе в направлении стрелок по линии Е-Е, обозначенной на фиг.10, фиг.11(b) изображает вид в разрезе в направлении стрелок по линии F-F, обозначенной на фиг.10;

фиг.12(а) и (b) - временные диаграммы, представляющие состояние контроля за вибрацией в соответствии с пятым вариантом осуществления, на которых фиг.12(а) изображает пример, в котором не осуществляется управление магнитной опорой управления наклоном, фиг.12(b) изображает пример, в котором производится управление магнитной опорой управления наклоном;

фиг.13 - вид сбоку в поперечном сечении устройства опоры ротатора устройства вращения в условиях микрогравитации по шестому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.14 - вид сбоку в поперечном сечении устройства опоры ротатора устройства вращения в условиях микрогравитации по седьмому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.15 - вид сбоку в поперечном сечении устройства опоры устройства вращения в условиях микрогравитации по восьмому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.16 - вид в поперечном сечении в направлении стрелок по линии G-G, обозначенной на фиг.15;

фиг.17 - вид в поперечном сечении в направлении стрелок по линии Н-Н, обозначенной на фиг.15;

фиг.18(а) и (b) - устройство опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации по девятому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, на которых фиг.18(а) изображает вид в поперечном сечении, по существу, по той же линии, что и линия G-G, обозначенная на фиг.15, и фиг.18(b) изображает вид в поперечном сечении по линии J-J, обозначенной на фиг.18(а);

фиг.19 - вид девятого варианта осуществления в поперечном сечении, по существу, по той же линии, что и линия Н-Н, обозначенная на фиг.15;

фиг.20 - схематично вид сверху, представляющий пример устройства вращения известного из уровня техники, используемого в настоящее время для проведения экспериментов в космическом пространстве.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже настоящее изобретение будет описано более конкретно на примере вариантов осуществления изобретения со ссылкой на прилагаемые фигуры чертежей.

На фиг.1(а)-(с) изображено устройство опоры ротатора в устройстве вращения в условиях микрогравитации по первому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, на которых фиг.1(а) изображает вид сбоку в поперечном сечении, фиг.1(b) изображает вид в разрезе, в направлении стрелок по линии А-А, обозначенной на фиг.1(а), и фиг.1(с) изображает вид в разрезе, в направлении стрелок по линии В-В, обозначенной на фиг.1(а). На фиг.1(а) цифрой 10 обозначен кожух, в котором содержится весь ротатор. В кожухе 10 установлены части 10а, 10b углублений, выходящие наружу из верхней и нижней стенок кожуха 10, и магнитные опоры 11, 12 установлены на внутренней поверхности стенки окружности частей 10а, 10b углублений соответственно. Магнитные опоры 11, 12 содержат катушки 1, 2, в которые подается ток возбуждения, которые установлены на внутренней поверхности стенки окружности частей 10а, 10b углублений соответственно так, что формируются магнитные опоры. Позициями 3, 4 обозначены датчики вибрации, которые установлены на внутренних сторонах кожуха катушек 1, 2 в частях 10а, 10b углублений соответственно, предназначенные для определения величины смещения или зазора между датчиками 3, 4 и валом 30 вращения, чтобы, таким образом, определять вибрацию вала 30 вращения, как будет описано ниже. Датчики 3, 4 вибрации установлены, как показано на фиг.1(с), в виде четырех частей, расположенных симметрично вокруг вала 30 вращения так, что смещение из-за вибрации вала 30 вращения может определяться в направлениях осей ±Х и ±Y. Кроме того, как будет описано ниже, датчики вибрации могут быть установлены таким образом, что может быть определено смещение вала 30 вращения в направлении оси ±Z, то есть в осевом направлении вала вращения. Следует отметить, что датчики 3, 4 вибрации могут быть установлены не только на стороне кожуха 10, но также на стороне вала 30 вращения, или они могут быть установлены только на стороне вала 30 вращения. Позицией 30 обозначен вал вращения, как указано выше, верхний и нижний концы которого установлены в частях 10а, 10b углублений соответственно так, что верхний конец установлен на магнитной опоре 11, нижний конец установлен на магнитной опоре 12 и соединен с двигателем 13. Таким образом, вал 30 вращения установлен в пространстве с помощью магнитной силы, причем между валом 30 вращения и катушками 1, 2 поддерживается заранее определенный зазор с возможностью вращения с помощью двигателя 13. Как показано на фиг.1(b), четыре плеча 24, 25, 26, 27 закреплены одним концом на внешней окружности вала 30 вращения, проходя горизонтально в направлениях осей Х и Y, и на другом их конце установлены экспериментальные коробки или контейнеры (далее указаны просто как "экспериментальные коробки" 20, 21, 22, 23).

Вал 30 вращения может быть изготовлен из постоянного магнита или имеет катушку с током возбуждения так, что он может удерживаться с помощью силы магнитного отталкивания или силы магнитного притяжения, кроме того, магнитные опоры могут быть установлены не на обоих концах вала 39 вращения, а только на одном его конце.

В ротаторе, который состоит из вала 30 вращения плечей 24-27 и экспериментальных коробок 20-23, указанных выше, в экспериментальных коробках 20-23 помещены экспериментальные объекты, такие как растения, животные и т.д. В условиях космического пространства двигатель 13 приводится во вращение для вращения экспериментальных коробок 20-23 с малой скоростью так, что в космическом пространстве могут выполняться эксперименты по наблюдению за состоянием роста растений, состоянием деятельности животных и т.д. Поскольку в экспериментальных коробках 20-23 содержатся различные экспериментальные объекты, имеющие различную форму, размеры и вес, при их вращении возникают различия в ускорении, вызываемые несбалансированностью веса между каждой из экспериментальных коробок 20-23, и в экспериментальных коробках возникает вибрация. Эта вибрация передается на вал 30 вращения через плечи 24-27 и далее на кожух 10 через части опоры, оказывая, таким образом, отрицательное влияние не только на эксперименты, но также и на окружающую среду.

В настоящем первом варианте осуществления изобретения используется такая конструкция, что в качестве опоры вала 30 вращения используют магнитные опоры 11, 12, и благодаря этому вал 30 вращения установлен на стороне кожуха 10 с помощью магнитной силы так, что отсутствует его контакт с частью держателя кожуха 10. Если на валу 30 вращения возникает вибрация, эта вибрация определяется с помощью соответственно четырех датчиков 3, 4 вибрации, установленных на осях Х и Y вокруг обеих конечных частей вала 30 вращения. Датчики 3, 4 вибрации определяют изменения зазоров между валом 30 вращения и датчиками, вызываемые вибрацией, и сигналы от них поступают в блок управления (не показан). Если возникает вибрация, создающая изменения зазора, блок управления производит управление токами катушек 1, 2, расположенных в местах, соответствующих изменениям, так, что зазоры могут быть возвращены к первоначальному значению зазора, и, таким образом, осуществляется активный контроль за вибрацией. Хотя это не показано на чертежах, катушки 1, 2 могут быть выполнены, например, таким образом, что каждая из катушек будет сформирована из четырех взаимно независимых обмоток так, что магнитная сила может действовать в четырех направлениях по осям Х и Y, и блок управления осуществляет управление током возбуждения катушки, расположенной в том положении, где возникает наибольшее изменение зазора между катушкой и валом 30 вращения, вызываемое при наклоне вала 30 вращения, чтобы регулировать силу отталкивания или силу притяжения по отношению к валу 30 вращения для осуществления контроля за вибрацией.

На фиг.2 изображена схема системы управления механизмом установки ротатора по первому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением. Датчики 3, 4 вибрации, установленные в верхней и нижней концевых частях вала 30 вращения, содержат датчики 3а, 3b, 3с, 3d и 4а, 4b, 4c, 4d вибрации соответственно, и каждый из определенных ими сигналов поступает в блок 14 управления. Блок 14 управления осуществляет управление для осуществления привода двигателя 13 и в то же время осуществляет контроль за смещением из-за вибрации на концах вала 30 вращения в четырех направлениях по осям Х и Y, измеряемым с помощью датчиков 3, 4 вибрации. Если зазоры между датчиками и валом 30 вращения становятся меньшими или большими, блок 14 управления осуществляет управление током возбуждения обмоток катушек 1, 2, находящихся в соответствующих местах по осям Х и Y, с тем, чтобы усилить силу отталкивания или силу притяжения между валом вращения и катушками, чтобы, таким образом, возвратить значение зазоров в исходное состояние.

Позицией 15 обозначено запоминающее устройство, в котором осуществляется предварительная запись данных, относящихся к структуре требуемого частотного спектра амплитуды или ускорения вибрации. При контроле за вибрацией вала 30 вращения по сигналам, поступающим от датчиков 3, 4 вибрации, блок 14 управления производит сравнение параметров вибрации с требуемым значением. Когда вибрация повышается, вызывая смещение вала вращения, и превышает требуемое значение, блок 14 управления осуществляет управление токами возбуждения катушек с тем, чтобы уменьшить вибрацию, и в дальнейшем продолжает выполнять это управление так, что вибрация вала 30 вращения поддерживается на уровне ниже требуемого значения.

Кроме того, если управление осуществляется таким образом, что блок управления производит сравнение вибрации с требуемым значением, чтобы, таким образом, подавить и записать характеристики вибрации, и отображает их в своих собственных функциях управления, то возможность по управлению может быть дополнительно улучшена.

На фиг.3 изображен алгоритм управления устройством опоры ротатора в соответствии с первым вариантом осуществления. На фиг.3 показаны этапы управления от S1 до S5. Когда ротатор начинает вращение, в блок 14 управления сначала поступают сигналы, определяемые каждым из датчиков 3, 4 вибрации (S1), и затем на него поступают данные требуемого значения из блока 15 накопления для сравнения с определяемыми значениями вибрации и для осуществления контроля за вибрацией вала 30 вращения (S2). Затем блок 14 управления определяет, превышает ли вибрация, определяемая каждым из датчиков, требуемое значение или нет (S3) и, если вибрация меньше, чем требуемое значение, управление возвращается на этап S1 для дальнейшего контроля за сигналами, определяемыми каждым из датчиков вибрации. Если вибрация превышает требуемое значение, блок 14 управления производит управление токами обмоток катушек, находящихся в местах положения датчиков вибрации, в которых вибрация превышает требуемое значение, чтобы, таким образом, отрегулировать электромагнитную силу так, чтобы зазоры между валом вращения со смещением, вызванным вибрацией, и катушками могли вернуться в исходное состояние, и вибрация могла быть понижена (S4). Затем на этапе S5, если вращение должно продолжаться, управление возвращается на этап S1 для продолжения контроля, и, если вращение должно прекратиться, управление заканчивается.

На фиг.4 изображен вид сбоку в поперечном сечении устройства опоры ротатора устройства вращения для условий микрогравитации по второму варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, на которой показана только верхняя часть устройства вращения, а иллюстрация нижней части не приведена. На фиг.4 представлены части 10а, 10b углублений (часть 10b не показана) на верхней и нижней внешних стенках корпуса 10. Вал 30 вращения установлен обоими концами в частях 10а, 10b углублений соответственно так, что он удерживается с помощью магнитных опор так же, как показано на фиг.1. Датчик 5 вибрации установлен на внутренней поверхности нижней (или верхней) стенки части 10а углубления так, что он располагается напротив верхнего конечного торца вала 30 вращения. Кроме того, кольцевая фиксирующая пластина 30а (в виде ребра) установлена на валу 30 вращения в среднем положении верхней концевой части вала 30 вращения. Катушки 7а установлены на стороне кожуха 10 так, что фиксирующая пластина 30а расположена между ними, а заранее определенный зазор поддерживается между фиксирующей пластиной 30а и катушками 7. Конструкция других частей выполнена такой же, как и в первом варианте осуществления, показанном на фиг.1, и их описание не приведено.

Следует отметить, что вышеуказанная фиксирующая пластина 30а может быть выполнена на основе постоянного магнита или катушки с током возбуждения для вырабатывания силы магнитного отталкивания или силы притяжения, чтобы, таким образом, усилить силу отталкивания или силу притяжения по отношению к катушкам 7.

В конструкции, описанной выше, смещение вала 30 вращения, вызываемое вибрацией в направлениях осей ±Х и ±Y, определяется с помощью датчиков 3, 4 вибрации, и его значение поступает в блок управления. Затем, так же, как и в первом варианте осуществления, показанном на фиг.1 и 2, производится управление током катушек 1, 2 с тем, чтобы скомпенсировать эти смещения, и это отражается на вибрации вала вращения в направлении осей ±Х и ±Y так, что вибрация может быть уменьшена.

В настоящем втором варианте осуществления, кроме вышеописанной конструкции, значение смещения вала 30 вращения в осевом направлении или в направлении оси ±Z определяется с помощью датчика 5 вибрации и поступают в блок управления, производится управление током возбуждения катушек 7 с тем, чтобы скомпенсировать смещение в направлении оси ±Z для понижения вибрации. Таким образом, смещения, вызываемые вибрацией в направлениях осей ±X, ±Y и ±Z, определяются с помощью датчиков 3, 4 и 5 вибрации, и вибрации в этих трех направлениях пространства могут точно контролироваться. Следует отметить, что система управления в соответствии со вторым вариантом осуществления, в основном, выполнена такой же, как система, описанная со ссылкой на фиг.2, и описания и иллюстрации ее здесь не приведены.

На фиг.5(а) и (b) представлены графики, изображающие два примера требуемого значения и воздействия управления при контроле за вибрацией в механизмах установки ротатора в соответствии с первым и вторым вариантами осуществления, описанными выше. На фиг.5(а) представлен пример, в котором вибрация представляет собой вибрацию вала 30 вращения, имеющего собственную частоту вибрации, представленную в виде одиночного собственного значения (X). В данном примере представлен механизм установки ротатора с использованием магнитных опор в соответствии с настоящим изобретением для обеспечения требуемого значения (Y) и, таким образом, производится контроль за вибрацией так, что ее структура приобретает вид (ХА), график которой приведен ниже, чем требуемое значение (Y).

На фиг.5(b) представлен пример, когда структура собственной частоты (X₁) изменяется таким образом, что она приобретает вид (Х₂). Это происходит в том случае, когда, например, растения в экспериментальных коробках растут, изменяя, таким образом, характеристики вибрации экспериментальных коробок. В этом случае также аналогично применению механизма установки ротатора в соответствии с настоящим изобретением собственная частота вибрации (X₁) контролируется таким образом, что она приобретает структуру вибрации (ХА), уровень которой ниже требуемого значения (Y), и собственная частота вибрации (Х₂) контролируется так, что она приобретает структуру вибрации (ХВ), уровень которой также приведен ниже требуемого значения (Y).

В первом и втором вариантах осуществления, как описано выше, хотя используют управление для управления током возбуждения катушек для контроля за вибрацией, такой контроль за вибрацией выполняется с помощью сигналов управления вибрацией линейного типа или простого нелинейного типа. Следовательно, при этом не обязательно обеспечивается эффективный контроль за вибрацией и существует ограничение при управлении изменениями в произвольно возникающих режимах вибрации. Следовательно, в этом отношении требуется дополнительное улучшение. В связи с этим ниже будет описан третий вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.6(а)-(с) представлена система активного управления в механизме установки ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации по третьему варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением, на которых фиг.6(а) изображает вид сбоку в поперечном сечении, фиг.6(b) изображает вид в поперечном сечении вдоль стрелок по линии С-С, обозначенной на фиг.6(а), и фиг.6(с) изображает вид в поперечном сечении вдоль стрелок по линии D-D, обозначенной на фиг.6(а). На фиг.6(а) вал 50 вращения установлен на структурной части 60 через подшипник 52 так, что он имеет возможность вращения в космическом пространстве в условиях микрогравитации. Следует отметить, что, хотя в качестве иллюстрации показана только нижняя конечная часть вала 50 вращения, его верхняя конечная часть установлена аналогично с помощью подшипника. Катушка 1, предназначенная для контроля за вибрацией, установлена вокруг вала 50 вращения на элементе 51 держателя так, что заранее определенный зазор поддерживается между катушкой 1 и валом 50 вращения. Кроме того, датчик 3 вибрации расположен несколько выше над катушкой 1 так, что заранее определенный зазор поддерживается между датчиком 3 вибрации и валом 50 вращения и аналогично закреплен и установлен на элементе 51 держателя.

На фиг.6(b) катушка 1, окружающая вал 50 вращения, с заранее определенным зазором между ними составлена из четырех катушек, как будет описано ниже, так, что смещение вала 50 вращения, вызываемое вибрацией, может компенсироваться с помощью магнитной силы. Кроме того, на фиг.6(с) датчик 3 вибрации, установленный немного выше катушки 1, содержит четыре датчика 3а, 3b, 3с, 3d вибрации, которые установлены в направлениях осей ±Х и ±Y через равные промежутки между ними вокруг вала 50 вращения так, что заранее определенные промежутки поддерживаются между соответствующими датчиками вибрации и валом вращения. Если вал 50 вращения смещается под действием вибрации, изменение зазора между валом 50 вращения и датчиками 3а-3d вибрации определяется с помощью датчиков 3а-3d вибрации, и направление колебаний при вибрации определяются по изменениям положения вала 50 вращения в четырех положениях датчиков 3а-3d вибрации.

На фиг.7 изображена схема системы управления в соответствии с третьим вариантом осуществления, показанным на фиг.6. Как показано на чертеже, сигналы вибрации вала 50 вращения, определяемые с помощью четырех датчиков 3а-3d вибрации, которые окружают вал 50 вращения, поступают в часть 43 управления блока 40 управления. Часть 43 управления производит сравнение определяемых значений зазоров между валом 50 вращения и датчиками 3а-3d вибрации с контрольным значением зазора, которое установлено как значение в отсутствие вибрации, и определяет датчик из четырех датчиков 3а-3d вибрации, определяющий наименьшие или наибольшие изменения снимаемых сигналов. То есть, если используется датчик, определяющий наименьший зазор между валом 50 вращения и датчиком вибрации, на катушку, находящуюся в том же положении, что и датчик, подают такой ток возбуждения, который усиливает силу отталкивания по отношению к валу 50 вращения, чтобы, таким образом, скомпенсировать смещение вала 50 вращения. Или, наоборот, если используют датчик, определяющий наибольший зазор, на катушку, находящуюся в том же положении, что и датчик, подают такой ток возбуждения, чтобы усилить силу притяжения катушки и, таким образом, вал 50 вращения возвращается в правильное положение для уменьшения вибрации.

При сравнении определяемых сигналов с контрольным значением блок 40 управления определяет скорость изменения по времени и тенденцию изменения сигналов, определяемых датчиками, и на основании этих результатов может определять параметры вибрации.

На фиг.7, когда в части 43 управления определяется, что следует произвести возбуждение катушки, определяется величина различия между зазором смещения и контрольным значением зазора, и в соответствии с величиной этого смещения производят изменение амплитуды тока, подаваемого на катушку, путем комбинирования выходных значений линейной части 41 контроля за вибрацией и нелинейной части 42 контроля за вибрацией, чтобы осуществлять управление током возбуждения любой из катушек (А), (В), (С) и (D) катушки 1. Например, как будет описано ниже со ссылкой на фиг.8, вначале производят линейное управление сигналами, подаваемыми на катушки, и когда вибрация превышает заранее определенное контрольное значение, производят нелинейное управление сигналами, подаваемыми на катушки, в соответствии с криволинейной зависимостью.

На фиг.8(а)-(с) показаны три модели тока возбуждения катушки, управляемой блоком 40 управления, для осуществления контроля за вибрацией в соответствии с настоящим третьим вариантом осуществления изобретения. В модели по фиг.8(а), до значения амплитуды A₁ тока, подаваемого на катушку, или до уровня S₁ входного сигнала катушки часть 41 линейного контроля за вибрацией формирует линейные выходные сигналы. Начиная со значения амплитуды A₁ или со значения S₁ входного сигнала, нелинейные входные сигналы катушек производятся частью 42 нелинейного контроля за вибрацией в соответствии с криволинейной зависимостью. Эти нелинейные входные сигналы катушек имеют форму нелинейных колебаний, которая определяется, например, с помощью следующего уравнения: входной сигнал S=ах+ах²+ах³+...+ахⁿ (где а и n - константы, Х - амплитуда). Этот пример, представленный на фиг.8(а), является эффективным для случая, когда амплитуда вибрации имеет сравнительно большое значение, смещение вала 50 вращения по отношению к датчику больше, чем заранее заданное значение, и вибрация имеет низкую частоту, то есть этот пример используется для случая, когда требуется быстро снизить вибрацию с использованием нелинейной части.

На примере, изображенном на фиг.8(b), представлен случай, когда амплитуда входных сигналов катушки меньше, чем в случае по фиг.8(а) (A₁>А₂). До значения А₂ амплитуды, входные сигналы катушки формируются частью 41 линейного контроля за вибрацией. Начиная от значения А₂ амплитуды или со значения S₂ входного сигнала катушки, входные сигналы подаются на катушку частью 42 нелинейного контроля за вибрацией. Пример, показанный на фиг.8(b), используется в случае, когда амплитуда вибрации меньше, чем в случае по фиг.8(а).

В примере, представленном на фиг.8(с), используют только выходные сигналы части 42 нелинейного контроля за вибрацией. Этот случай используется, где входные сигналы катушки быстро повышаются так, чтобы можно было осуществлять быстрый контроль за вибрацией. В этом случае можно сформировать эффективные входные сигналы катушек для вибрации с относительно высокой частотой.

В настоящем третьем варианте осуществления изобретения в блок 40 управления поступают сигналы смещения под действием вибрации вала 50 вращения от датчика 3 вибрации так, что часть 43 управления производит сравнение величины сигналов смещения, поступающих с датчиков вибрации, с контрольным значением и в соответствии с их величиной изменяет амплитуду входного тока катушек путем комбинирования выходных сигналов части 41 линейного контроля за вибрацией и части 42 нелинейного контроля за вибрацией, и затем выводит входные сигналы катушек. Благодаря этому может осуществляться эффективный контроль за вибрацией. Следовательно, благодаря контролю за вибрацией вала 50 вращения в окружающей среде в условиях микрогравитации в космическом пространстве можно предотвратить отрицательное влияние вибрации на окружающие предметы.

В качестве альтернативной процедуры в блок 40 управления поступают сигналы от датчика 3 вибрации, чтобы получить скорость изменения вибрации в заранее определенное время, и дополнительно вычислять тенденцию этих изменений. На основании расчетных количественных значений или на основании одного из расчетных значений, вырабатывается решение по величине и на основании этого решения по величине производится управление током возбуждения. Например, если скорость изменения или тенденция изменения будет велика по сравнению с заранее заданным значением, может быть принято решение, что уровень вибрации велик, или наоборот, если скорость изменения или тенденция изменения будет невелика, может быть принять решение, что вибрация имеет сравнительно умеренный уровень.

На фиг.9 представлена схема системы управления устройством опоры ротатора в устройстве вращения в условиях микрогравитации по четвертому варианту осуществления изобретения в соответствии с настоящим изобретением. Этот четвертый вариант осуществления имеет такую конструкцию, что устройство опоры ротатора по первому варианту осуществления, показанному на фиг.1, используется с системой активного контроля за вибрацией, представленной на фиг.7.

В настоящем четвертом варианте осуществления изобретения так же, как и в конструкции, показанной на фиг.1, подшипники вала 30 вращения имеют такую же конструкцию, как и магнитные подшипники 11, 12, и с их помощью вал 30 вращения установлен на стороне кожуха 10 с использованием магнитной силы, вырабатываемой электрическим током, подаваемым от источника электрического тока (не показан) так, что отсутствует его контакт с частью держателя кожуха 10. Если на валу 30 вращения возникает вибрация, эта вибрация определяется с помощью четырех датчиков 3, 4 вибрации соответственно, установленных по осям Х и Y вокруг обеих концевых частей вала 30 вращения. Изменения зазоров, вызываемые вибрацией, между валом 30 вращения и датчиками определяются с помощью датчиков 3, 4 вибрации и вводятся в блок управления. Если зазоры становятся меньшими или большими, блок управления производит управление электрическими токами катушек 1, 2, установленных в магнитных опорах 11, 12, в соответствующих положениях зазоров так, что зазоры могут быть возвращены в исходное значение. Благодаря этому производится активный контроль за вибрацией.

Так же, как и в первом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, катушки 1, 2 могут быть выполнены таким образом, что каждая из катушек 1, 2 содержит четыре взаимно независимые обмотки так, что магнитная сила может действовать в четырех направлениях по осям Х и Y, и блок управления производит управление током возбуждения катушки, находящейся в месте положения, где изменение зазора между катушкой и валом 30 вращения, вызванное наклоном вала 30 вращения, будет наибольшим, чтобы, таким образом, отрегулировать силу отталкивания или силу притяжения по отношению к валу 30 вращения для осуществления контроля за вибрацией. На фиг.9 датчики 3, 4 вибрации, установленные в верхней и нижней конечных частях вала 30 вращения, содержат датчики 3а, 3b, 3с, 3d и 4а, 4b, 4c, 4d вибрации соответственно, и сигналы, определяемые каждым из них, поступают в часть 43 управления блока 40 управления. Часть 43 управления контролирует смещение, вызываемое вибрацией концов вала 30 вращения в четырех направлениях по осям Х и Y датчиков 3, 4 вибрации. Если зазоры между датчиками и валом 30 вращения становятся меньше или больше, часть 43 управления производит управление током возбуждения обмоток катушек 1, 2, находящихся в соответствующих положениях по осям Х и Y так, чтобы усилить силу отталкивания или силу притяжения между валом 30 вращения и катушками, чтобы, таким образом, вернуть значения зазоров в первоначальное состояние. Следует отметить, что ток возбуждения катушек 1, 2, действующих как подшипники, поступает от источника электрического тока, который не показан, и питание электрическим током блока 40 управления осуществляется как для обеспечения его функции управления, так и для формирования тока возбуждения.

Когда часть 43 управления производит управление катушками 1, 2, в ней определяется величина различия между зазором в смещенном состоянии и контрольным значением зазора и в соответствии с величиной этого смещения производится изменение амплитуды подаваемого на катушки тока путем комбинирования выходных сигналов части 41 линейного контроля за вибрацией и части 42 нелинейного контроля за вибрацией, чтобы, таким образом, осуществлять управление током возбуждения всех обмоток (А), (В), (С) и (D) катушек 1, 2, как описано со ссылкой на фиг.7 и 8. При этом используются те же модели токов возбуждения, что показаны на фиг.8, и их описание здесь не приведено.

В настоящем четвертом варианте осуществления так же, как и в третьем варианте осуществления, часть 42 управления производит сравнение величины сигналов смещения, снимаемых датчиками вибрации, с контрольным значением и в соответствии с их величиной изменяет амплитуду тока, подаваемого на катушки, путем комбинирования выходных сигналов части 41 линейного контроля за вибрацией и части 42 нелинейного контроля за вибрацией, затем подает входные сигналы катушек на катушки 1, 2. Благодаря этому производится управление током возбуждения катушек 1, 2, так, что осуществляется эффективный контроль за вибрацией вращающегося экспериментального устройства. Таким образом, вибрация вала 30 вращения уменьшается в условиях микрогравитации в космическом пространстве и ее отрицательное воздействие на окружающее пространство может быть предотвращено.

При выполнении контроля за вибрацией с помощью магнитных опор в устройстве вращения в условиях микрогравитации, как указано выше, магнитные опоры одновременно выполняют управление наклоном для удержания вала вращения и активный контроль за вибрацией. В этом случае, если в действительности производится контроль за вибрацией очень небольшого уровня, на магнитную опору обязательно подают очень небольшой электрический ток, и это часто приводит к невозможности осуществления самого активного контроля за вибрацией или в соответствии с управлением током возбуждения для осуществления активного контроля за вибрацией может произойти потеря возможности осуществлять управление наклоном. При выполнении управления наклоном с помощью магнитных опор вал вращения устанавливают в центральном положении подшипников и сравнительно большое значение мощности подают для регулировки магнитной силы и для обеспечения балансировки вала вращения. По этой причине сила удержания, которая должна упруго генерироваться с помощью магнитной силы, становится жесткой и даже если вибрация, возникающая на валу вращения, будет очень небольшой, она легко распространяется на сторону кожуха через магнитные подшипники. Следовательно, требуется улучшение в отношении этого свойства. Таким образом, пятый вариант осуществления в соответствии с настоящим изобретением предназначен для реализации улучшения, которое будет описано ниже.

На фиг.10 изображен вид в поперечном сечении механизма установки ротатора в устройстве вращения в условиях микрогравитации по пятому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением. На фиг.10 так же, как и в первом варианте осуществления, показанном на фиг.1, в кожухе 10 сформированы части 10а, 10b углублений. Цилиндрический верхний фиксирующий элемент 31 и цилиндрический нижний фиксирующий элемент 32 жестко установлены соответственно в частях 10а, 10b углублений.

Как и в примере по фиг.1, магнитная опора 11 и датчик 3 вибрации установлены в верхнем фиксирующем элементе 31. Кроме того, магнитная опора 35а управления наклоном и опорная магнитная опора 33 установлены в верхнем фиксирующем элементе 31. В нижнем фиксирующем элементе 32 также установлены датчик 4 вибрации, магнитная опора 35b управления наклоном и магнитная опора 12. Таким образом, верхняя концевая часть вала 39 вращения установлена в магнитные опоры 11, 35а, 33 и нижняя концевая его часть установлена в магнитные опоры 12, 35b так, что ни одна из них не образует контакт со стороной 10 кожуха благодаря действию магнитной силы. Вал 30 вращения приводится во вращение с помощью двигателя 34, который установлен на нижнем фиксирующем элементе 32.

Как и на фиг.1, один из концов четырех плечей 24, 25, 26, 27 закреплен на внешней поверхности окружности вала 30 вращения так, что плечи проходят радиально, и на других их концах установлены экспериментальные коробки 20, 21, 22, 23. Объекты, добавляющие гравитацию, помещены в каждой из экспериментальных коробок 20-23, и коробки вращаются с помощью двигателя в условиях микрогравитации.

Следует отметить, что, хотя выше был описан пример для случая использования четырех плечей 24-27, на которых установлены четыре экспериментальные коробки 20-23, количество плечей, проходящих радиально, может быть больше, чем четыре, например восемь плечей, на которых установлено восемь экспериментальных коробок, и количество деталей может быть установлено соответственным образом, в соответствии с видом, размером и т.д. экспериментальных объектов.

На фиг.11(а) и (b) показан вид частей в поперечном сечении механизма установки ротатора в соответствии с пятым вариантом осуществления, представленным на фиг.10, на которых фиг.11(а) изображает вид в поперечном сечении вдоль стрелок по линии Е-Е, отмеченной на фиг.10, и фиг.11(b) изображает вид в поперечном сечении вдоль стрелок по линии F-F, отмеченной на фиг.10. На фиг.11(а) на кожухе 10 установлен верхний фиксирующий элемент 31 цилиндрической формы, и кольцевая катушка, используемая в качестве магнитной опоры 11, установлена на верхнем фиксирующем элементе 31. Вал 30 вращения проходит через центральную часть механизма. На фиг.11(b) установлены четыре датчика 4 вибрации вдоль ортогональных осей координат Х и Y на нижнем фиксирующем элементе 32 и ниже датчиков 4 вибрации в нижнем фиксирующем элементе 32 установлена магнитная опора 35b управления наклоном. Следует отметить, что датчики 3 вибрации и магнитная опора 35а управления наклоном установлены аналогично в верхнем фиксирующем элементе 31.

В пятом варианте осуществления, конструкция которого выполнена так, как описано выше, при вращении вала 30 из-за несбалансированности веса экспериментальных объектов возникает несбалансированность ускорения между каждой из экспериментальных коробок 20-23. При этом вал 30 вращения вибрирует, и вибрация или смещение вала 30 вращения определяется с помощью множества датчиков 3, 4 вибрации, установленных по осям Х и Y в обеих конечных частях вала 30 вращения, как описано на примере со ссылкой на фиг.1 и 2. Сигналы вибрации или смещения вала 30 вращения, определяемые с помощью датчиков 3, 4 вибрации, подаются в блок управления, как будет описано ниже, и блок управления осуществляет управление так, что, если зазор между валом 30 вращения и датчиком изменяется, то электрический ток возбуждения катушки в соответствующем положении зазора изменяется таким образом, что производится управление, возвращающее изменившееся значение зазора в исходное состояние для осуществления, таким образом, активного контроля за вибрацией.

В случае, когда не возникает вибрация, вал 30 вращения должен удерживаться без образования контакта с частью подшипника, и он установлен таким образом, что на катушки магнитных опор 35а, 35b управления наклоном подают ток возбуждения, чтобы, таким образом, постоянно удерживать вал 30 вращения в центральном положении механизма. В примере, показанном на фиг.1, магнитные опоры 11, 12 осуществляют активный контроль за вибрацией, при этом они удерживают вал 30 вращения в центральном положении, и благодаря этому одновременно выполняется управление наклоном и активный контроль за вибрацией вала 30 вращения. По этой причине, однако, вал 30 вращения жестко удерживается магнитной силой, создаваемой электрическим током для осуществления управления наклоном, и, даже в случае вибрации очень небольшого уровня, она легко распространяется на сторону кожуха 10 через магнитные опоры, и может оказаться трудно осуществимым обеспечение эффективного контроля за вибрацией с помощью магнитных опор при таком очень малом уровне вибрации.

Таким образом, в настоящем пятом варианте осуществления изобретения так же, как и в первом средстве, для того, чтобы магнитные опоры 35а, 35b управления наклоном удерживали вал 30 вращения в центральном положении, на магнитные опоры 35а, 35b подают постоянный ток возбуждения для удержания положения вала 30 вращения. Затем, если на валу 30 вращения возникает вибрация, производится управление только магнитными опорами 11, 12 активного контроля за вибрацией так, что может быть ослаблена магнитная сила катушек магнитных опор 11, 12, находящихся в положении, соответствующем вибрации магнитных опор 35а, 35b управления наклоном, чтобы, таким образом, ослабить силу удержания положения для повышения степени свободы вала. Таким образом, предотвращается распространение вибрации на сторону кожуха 10 через магнитные опоры 35а, 35b. Одновременно при ослаблении, таким образом, силы удержания положения магнитных опор 11, 12 ток возбуждения магнитных опор 11, 12 управляется так, чтобы осуществлялся контроль за вибрацией, как описано выше со ссылкой на фиг.1 и 2.

Далее, в качестве второго средства, когда на магнитные опоры 35а, 35b управления наклоном подают электрический ток для удержания положения вала 30 вращения, если на валу 30 вращения возникает вибрация, сначала осуществляют управление магнитными опорами 35а, 35b таким образом, чтобы сила удержания положения магнитных опор 35а, 35b могла быть ослаблена, чтобы увеличить степень свободы вала, и одновременно производят управление магнитными опорами 11 12 активного контроля за вибрацией, чтобы аналогично осуществлять контроль за вибрацией.

В соответствии с первым средством настоящего пятого варианта осуществления не производится управление магнитными опорами 35а, 35b управления наклоном для осуществления контроля за вибрацией, и они выполняют только функцию удержания положения, и магнитные опоры 11, 12 активного контроля за вибрацией выполняют обе функции контроля за вибрацией и ослабления силы удержания положения. Благодаря этому может быть обеспечен эффективный контроль даже за вибрацией очень небольшого уровня так, что может быть предотвращено ее распространение за пределы кожуха 10. Кроме того, в соответствии со вторым средством магнитные опоры 35а, 35b управления наклоном управляются таким образом, что ослабляется сила удержания положения и в то же время производится управление магнитными опорами 11, 12 активного контроля за вибрацией так, что они выполняют контроль за вибрацией. С помощью этого средства также предотвращается распространение вибрации за пределы кожуха и может эффективно контролироваться даже вибрация очень небольшого уровня.

На фиг.12(а) и (b) показаны временные диаграммы, представляющие состояние управления в соответствии с пятым вариантом осуществления, на которых фиг.12(а) изображает пример вышеописанного первого средства, в котором не производится управление магнитными опорами 35а, 35b управления наклоном, а фиг.12(b) изображает пример второго средства, в котором производится управление магнитными опорами 35а, 35b управления наклоном. На фиг.12(а) и (b) схематично показаны диаграммы только для одной катушки из всех катушек магнитных опор 11, 12 активного контроля за вибрацией и магнитных опор 35а, 35b управления наклоном соответственно. На фиг.12(а) приведены: диаграмма (1) формы сигнала вибрации вала 30 вращения, на которой S₀ обозначает контрольное значение, диаграмма (2) изображает форму электрического тока, подаваемого на магнитные опоры 35а, 35b управления наклоном для удержания положения, диаграмма (3) изображает форму электрического тока, подаваемого на магнитные опоры 11, 12 активного контроля за вибрацией для ослабления силы удержания положения, причем электрический ток такой формы подают, когда вибрация превышает контрольное значение S₀, диаграмма (4) изображает такой же электрический ток, подаваемый на магнитные опоры 11, 12 для осуществления активного контроля за вибрацией, когда вибрация превышает контрольное значение S₀, и диаграмма (5) изображает результат контроля за вибрацией. То есть, в примере по фиг.12(а), когда на магнитные опоры 35а, 35b управления наклоном постоянно подают ток (2) для удержания положения, на магнитные опоры 11, 12 активного контроля за вибрацией подают ток (3) для ослабления силы удержания положения и ток (4) для осуществления активного контроля за вибрацией. При этом, как показано на диаграмме (5), если вибрация (1) превышает, контрольное значение S₀, магнитные опоры 11, 12 ослабляют силу удержания положения и одновременно выполняют активный контроль за вибрацией так, что вибрация (1) может быть подавлена до уровня ниже контрольного значения S₀.

С другой стороны, в примере по фиг.12(b), на которой диаграммы (1), (2), (4) и (5) соответственно изображают изменения тех же параметров, как описаны со ссылкой на фиг.12(а), в случае, когда вибрация (1) превышает контрольное значение S₀, ток (2), подаваемый на магнитные опоры 35а, 35b управления наклоном для удержания положения, управляется таким образом, что он снижается так, что сила удержания положения в этой части, в которой вибрация превышает контрольное значение S₀, может быть ослаблена. В этом состоянии на магнитные опоры 11, 12 может подаваться ток по диаграмме (4), предназначенный для активного контроля за вибрацией. Таким образом, как показано на диаграмме (5), может быть подавлена вибрация по диаграмме (1), превышающая контрольное значение S₀.

На фиг.13 изображен вид сбоку в поперечном сечении устройства опоры ротатора в устройстве вращения в условиях микрогравитации по шестому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением. В настоящем шестом варианте воплощения, представленном здесь, кроме структуры держателя вала 30 вращения по пятому варианту осуществления, показанному на фиг.10, добавлены опоры 36а, 36b активного контроля за вибрацией, предназначенные для осуществления более эффективного контроля за вибрацией. Конструкция других частей выполнена такой же, как и в соответствии с пятым вариантом осуществления, и ее описание здесь поэтому не приведено.

На фиг.13, в верхнем фиксирующем элементе установлены магнитные опоры 11, 36а активного контроля за вибрацией вместе с магнитной опорой 35а управления наклоном, которая установлена между ними. Кроме того, в нижнем фиксирующем элементе 32 магнитные опоры 12, 36b активного контроля за вибрацией установлены так, что магнитная опора 35b управления наклоном установлена между ними. Магнитные опоры 36а, 35b функционируют так, что они удерживают положение вала 30 вращения. Магнитные опоры 11, 36а функционируют так, что они осуществляют активный контроль за вибрацией верхнего конца вала 30 вращения и магнитные опоры 12, 36b функционируют так, что они осуществляют активный контроль за вибрацией его нижнего конца. Описание конкретных функций контроля за вибрацией совпадает с описанием со ссылкой на фиг.2 и в связи с этим оно здесь не приведено.

В соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения, как описано выше, две пары магнитных опор 11, 36а и 12, 36b активного контроля за вибрацией, причем каждая из опор выполняет одинаковую функцию, установлены так, что магнитные опоры 35а, 35b управления наклоном соответственно установлены между опорами пар. Таким образом, балансируется контроль за вибрацией вала 30 вращения и может быть реализована более высокая точность контроля за вибрацией по сравнению с пятым вариантом осуществления изобретения.

На фиг.14 представлен вид в поперечном сечении устройства опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации по седьмому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением. В настоящем седьмом варианте осуществления, изображенном на фигуре чертежа, в дополнение к структуре установки вала 39 вращения по пятому варианту осуществления, представленной на фиг.10, дополнительно установлены магнитные опоры управления наклоном для более эффективного удержания положения вала 30 вращения. Конструкция других частей выполнена такой же, как и в пятом варианте осуществления, и их описание здесь не приведено.

На фиг.14 в верхнем фиксирующем элементе 31 установлены магнитные опоры 35с, 35d управления наклоном и магнитный подшипник 11 активного контроля за вибрацией установлен между ними. Кроме того, в нижнем фиксирующем элементе 32 установлены магнитные опоры 35е, 35f управления наклоном и магнитная опора 12 активного контроля за вибрацией установлена между ними. Магнитные опоры 35с, 35f функционируют для удержания положения вала 30 вращения на обоих его концах. Магнитная опора 11 функционирует для активного контроля за вибрацией верхнего конца вала 30 вращения и магнитный подшипник 12 выполняет функцию активного контроля за вибрацией нижнего его конца. В отношении конкретного функционирования контроля за вибрацией применимо описание, приведенное со ссылкой на фиг.7, и дополнительное его описание здесь не приведено.

В соответствии с седьмым вариантом воплощения, как описано выше, две пары магнитных опор 35с, 35d и 35е, 35f управления наклоном, причем каждый из подшипников выполняет одинаковую функцию, установлены с магнитными опорами 11, 12 активного контроля за вибрацией соответственно, которые расположены между подшипниками данных пар. Благодаря этому контроль за вибрацией и удержание положения вала 30 вращения сбалансированы, и может быть реализована более высокая точность контроля за вибрацией по сравнению с пятым вариантом.

В устройстве вращения в условиях микрогравитации, содержащем механизмы установки ротатора по вариантам осуществления с первого по пятый, описанным выше, когда на валу вращения возникает вибрация во время вращения из-за несбалансированности веса между экспериментальными объектами, помещенными в экспериментальные коробки, такая вибрация может эффективно контролироваться с помощью настоящего изобретения. Однако, поскольку ротатор установлен на магнитных опорах, необходимо обеспечить плавающее удержание вала вращения без образования контакта с окружающими деталями, даже в выключенном состоянии. Таким образом, в исходном состоянии вала вращения, когда на магнитные опоры подают питание для включения ротатора в момент включения, могут происходить удары так, что при этом вал вращения может сталкиваться с окружающими деталями, и сильные вибрации могут распространяться за пределы устройства. Следовательно, в качестве противодействия этому явлению ниже будет описано устройство опоры ротатора по восьмому варианту осуществления в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.15 представлен вид сбоку в поперечном сечении устройства опоры ротатора по восьмому варианту осуществления. На фиг.15 в кожухе 10 сформированы части 10а, 10b углублений, выступающие наружу на верхней и нижней внешних стенках кожуха 10. Цилиндрический верхний фиксирующий элемент 31 и цилиндрический нижний фиксирующий элемент 32 закреплены в частях 10а, 10b углублений соответственно.

Датчик 3 вибрации, магнитная опора 11 и опорная магнитная опора 33 установлены в верхнем фиксирующем элементе 31. Двигатель 34, магнитная опора 12 и датчик 4 вибрации установлены в нижнем фиксирующем элементе 32. Кроме того, как более подробно будет описано ниже, механизмы 135а, 135b упругого держателя установлены в верхнем и нижнем фиксирующих элементах 31, 32 соответственно для упругой установки вала 30 вращения. Датчики 3, 4 вибрации установлены так же, как и в примере, показанном на фиг.1(с).

Вал 30 вращения установлен коаксиально цилиндрическим верхнему и нижнему фиксирующим элементам 31, 32. Верхний конец вала 30 вращения установлен на верхнем фиксирующем элементе 31 с помощью магнитной опоры 11 и опорной магнитной опоры 33, а также упруго закреплен с помощью механизма 135а упругого держателя. Кроме того, нижний конец вала 30 вращения установлен на нижнем фиксирующем элементе 32 с помощью магнитной опоры 12, а также упруго закреплен с помощью механизма 135b упругого держателя.

Вал 30 вращения, будучи установлен, как указано выше, приводится во вращение с помощью двигателя 34, который установлен на нижнем фиксирующем элементе 32. Так же, как и в примере по фиг.1, четыре плеча 24-27 закреплены одними концами на поверхности внешней окружности вала 30 вращения так, что плечи проходят радиально и на других их концах установлены экспериментальные коробки 20-23.

На фиг.16 изображен вид в поперечном сечении в направлении стрелок по линии G-G, обозначенной на фиг.15, предназначенный для пояснения устройства механизма 135а упругого держателя. На фиг.16 цилиндрический верхний фиксирующий элемент 31 закреплен на кожухе 10 и вал 30 вращения установлен в нем по центру, удерживаясь в верхнем фиксирующем элементе 31 через механизм 135а упругого держателя. Механизм 135а упругого держателя содержит опору 138а на внутренней его стороне, кольцеобразный основной корпус 136а держателя на его внешней стороне и четыре пружины 137а, установленные вокруг основного корпуса 136а держателя, соединяющие поверхность внешней окружности основного корпуса 136а держателя и поверхность внутренней окружности верхнего фиксирующего элемента 31. Таким образом, вал 30 вращения установлен с возможностью вращения с помощью механизма 135а

упругого держателя и одновременно удерживается с возможностью выполнения упругих движений по отношению к окружающим деталям с помощью пружин 137а. Следует отметить, что коэффициент упругости пружин 137а механизма 135а упругого держателя выбирают так, чтобы он имел минимальное значение, позволяющее обеспечить установку вала 30 вращения в центральном положении магнитной опоры 11, 12, 33 в выключенном состоянии. Кроме того, следует использовать такие пружины, которые создают слабую силу удержания, меньшую, чем сила установки вала 30 вращения в магнитных опорах 11, 12 так, чтобы при возникновении вибрации вала 30 вращения эта вибрация не распространялась на кожух 10 через пружины 137а.

На фиг.17 показан вид в поперечном сечении в направлении стрелок по линии Н-Н, обозначенной на фиг.15, предназначенный для пояснения механизма 135b упругого держателя. На фиг.17 цилиндрический нижний фиксирующий элемент 32 закреплен на кожухе 10 и вал 30 вращения установлен в нем по центру, удерживаемый в нижнем фиксирующем элементе 32 с помощью механизма 135b упругого держателя. Механизм 135b упругого держателя содержит опору 138b на его внутренней стороне, кольцеобразный основной корпус 136b держателя на его внешней стороне и четыре пружины 137b, установленные вокруг основного корпуса 136b держателя, соединяющие поверхность внешней окружности основного корпуса 136b держателя и поверхность внутренней окружности нижнего фиксирующего элемента 32. При этом вал 30 вращения удерживается с возможностью вращения с помощью механизма 135b упругого держателя и одновременно удерживается с возможностью выполнения упругих движений по отношению к окружающим деталям с помощью пружин 137b.

Следует отметить, что так же, как и в случае вышеуказанных пружин 137а, коэффициент упругости и силу удержания пружин 137b устанавливают таким образом, чтобы они были меньше, чем магнитные силы магнитных опор 11, 12.

В соответствии с настоящим восьмым вариантом осуществления, как описано выше, в случае, когда на валу 30 вращения при вращении возникают вибрации, из-за несбалансированности веса экспериментальных объектов, вибрация вала 30 вращения определяется с помощью датчиков 3, 4 вибрации и их сигналы поступают в блок 14 управления, как показано на фиг.2. При этом осуществляется эффективный контроль за вибрацией с помощью магнитных опор 11, 12 с использованием той же функции, которая описана для устройства со ссылкой на фиг.1 и 2.

Кроме того, в выключенном состоянии оба конца вала 30 вращения устанавливаются в центральном положении части опор благодаря слабой силе установки механизмов 135а, 135b упругого держателя.

Следовательно, даже когда на магнитные опоры 11, 12, 33 подают электрический ток при их включении, управление магнитными опорами выполняется плавно и удар от вала 30 вращения в момент включения может быть подавлен до минимума.

На фиг.18(а) и (b) показан механизм установки ротатора устройства вращения в условиях микрогравитации по девятому варианту осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, на которых фиг.18(а) изображает вид в поперечном сечении, по существу, по той же линии, что и линия G -G, обозначенная на фиг.15, и фиг.18(b) изображает вид в поперечном сечении по линии J-J, обозначенной на фиг.18(а). Кроме того, фиг.19 изображает вид в поперечном сечении девятого варианта осуществления устройства, по существу, по той же линии, что и линия Н-Н, обозначенная на фиг.15. В настоящем девятом варианте осуществления устройства, показанном на фиг.18(а) и (b), вместо механизмов 135а, 135b упругого держателя, в конструкции которых используется установка основных корпусов 136а, 136b держателя на пружинах 137а, 137b, механизмы держателя сконструированы так, что они обеспечивают установку основных корпусов 136а, 136b держателя с помощью упругих элементов 140а, 140b. Конструкция других частей выполнена такой же, как и в восьмом варианте осуществления, показанном на фиг.15-17, и их описание здесь не приведено.

На фиг.18(а) и (b) механизм 145а упругого держателя содержит подшипник 138а, основной корпус 136а и кольцеобразный упругий элемент 140а. Вал 30 вращения установлен с помощью основного корпуса 136а держателя, который содержит опору 138а, и основной корпус 136а держателя установлен на верхнем фиксирующем элементе 31 через упругий элемент 140а, расположенный вокруг основного корпуса 136а держателя. Упругий элемент 140а изготовлен из упругого материала, такого, как резина, губчатая резина или уретан, и обеспечивает установку вала 30 вращения с небольшим значением коэффициента упругости и слабой силой удержания так же, как и в случае использования пружин 137а по восьмому варианту осуществления устройства согласно изобретению.

На фиг.19 механизм 145b упругого держателя так же, как механизм 145а упругого держателя, указанный выше, содержит опору 138b, основной корпус 136b держателя и кольцеобразный упругий элемент 140b. Вал 30 вращения установлен на основном корпусе 136b держателя, который содержит опору 138b, и основной корпус 136b держателя установлен на нижнем фиксирующем элементе 32 через упругий элемент 140b, расположенный вокруг основного корпуса 136b держателя. Упругий элемент 140b изготовлен из упругого материала, такого, как резина, губчатая резина или уретан, и удерживает вал 30 вращения с незначительным коэффициентом упругости и слабой силой удержания так же, как и в случае пружин 137b по восьмому варианту воплощения.

Кроме того, вышеуказанные упругие элементы 140а, 140b могут быть изготовлены не только из резины, губчатой резины или уретана, но также из пластмассы или упругоэластичных материалов, или они могут быть изготовлены на основе средств держателя с использованием жидких материалов, жидкостных опор и т.д.

В соответствии с девятым вариантом осуществления изобретения могут быть обеспечены те же функции и действия, что и в восьмом варианте осуществления изобретения.

Следует отметить, что, хотя в восьмом и девятом вариантах осуществления был описан пример ротатора, содержащего четыре плеча 24-27 и четыре экспериментальные коробки 20-23, механизм установки ротатора в устройстве вращения в условиях микрогравитации в соответствии с настоящим изобретением может использоваться в таком ротаторе, который содержит большее количество экспериментальных коробок, чем четыре, например, восемь экспериментальных коробок, закрепленных на восьми плечах, которые радиально установлены на валу 30 вращения, и в этом случае также может быть получен такой же эффект.

Кроме того, датчики 3, 4 вибрации, которые описаны для варианта осуществления с первого по девятый, могут представлять собой любые датчики, которые позволяют определять вибрацию вала вращения, такие, как датчики зазора, датчики смещения, оптические датчики или лазерные измерители смещения.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

В соответствии с настоящим изобретением в отношении устройств (1)-(24) промышленная применимость, в общем, может быть описана следующим образом.

В описанном выше устройстве (1) объекты в коробках представляют собой, например, растения или животных, и между каждой из коробок возникает несбалансированность веса. Следовательно, при вращении ротатора из-за различий ускорения возникает вибрация. Блок управления управляет силой удержания опоры для удержания вала вращения, подавляя, таким образом, смещение вала вращения, вызываемое вибрацией. Таким образом, вибрация ротатора, который содержит вал вращения, плечи и коробки, может контролироваться таким образом, что она будет подавлена до минимального значения.

В устройстве (2), описанном выше, когда возникает вибрация вала вращения из-за несбалансированности объекта в коробках или несбалансированности в системе, эта вибрация определяется как смещение вала вращения с помощью датчиков вибрации, установленных поблизости к внешней окружности вала вращения, и их сигналы поступают в блок управления. Блок управления определяет вибрацию вала вращения на основании этих сигналов смещения и производит управление током возбуждения катушки магнитного подшипника так, чтобы осуществлять контроль за вибрацией вала вращения. При этом вибрация контролируется так, что она подавляется и предотвращается ее распространение через подшипник вала вращения на окружающую среду в космическом пространстве.

В устройстве (3), приведенном выше, датчики вибрации установлены, как на стороне кожуха, так и на валу вращения, или установлены на валу вращения. В изобретении устройства (4), приведенном выше, в дополнение к датчикам вибрации, установлены датчик зазора или датчик смещения и в изобретении средства (5), приведенном выше, установлен оптический датчик или лазерный измеритель смещения. Таким образом, определение вибрации вала вращения может выполняться с более высокой точностью.

В устройстве (6), приведенном выше, вместо датчиков вибрации в соответствии с устройством (4), приведенном выше, конструкция выполнена таким образом, чтобы параметры вибрации определялись только с помощью датчика зазора или датчика смещения. Следовательно, конструкция датчиков может быть упрощена в соответствии с требуемой чувствительностью или с видом объектов, помещенных в коробки.

В устройстве (7) согласно изобретению, если блок управления определяет вибрацию вала вращения, он производит сравнение параметров вибрации с предварительно установленным требуемым значением параметров вибрации, до уровня которого должна подавляться вибрация узла вращения, и производит управление током возбуждения катушки так, что вибрация может быть подавлена до уровня ниже требуемого значения. Следовательно, может быть устранено отрицательное влияние на окружающую аппаратуру или устройство в космическом пространстве.

В устройстве (8) согласно изобретению, приведенном выше, блок управления определяет наличие вибрации на основе смещения вала вращения, определяемого с помощью датчика зазора, датчика смещения, оптического датчика или лазерного измерителя смещения, производит сравнение параметров этой вибрации с требуемым значением спектра, которое установлено по отношению к спектру вибрации, и осуществляет управление с тем, чтобы подавить вибрацию до уровня ниже требуемого значения. В устройстве (9), приведенном выше, если определяемые ускорение или амплитуда вибрации превышают требуемое значение, блок управления осуществляет контроль за вибрацией так, что вибрация может быть подавлена до уровня ниже требуемого значения, концентрично по отношению к диапазону вибрации, превышающему требуемое значение. Таким образом, вибрация может быть мгновенно подавлена.

В устройстве (10) согласно изобретению, приведенном выше, блок управления сохраняет информацию по частоте, ускорению, амплитуде и т.д., определяемым вибрацией, значения которой должны быть отражены в функции управления при последующем контроле за вибрацией. В устройстве (11), приведенном выше, определяемые параметры вибрации сравнивают с заранее записанными данными так, что может быть подавлена причина вибрации, и в устройстве (12), приведенном выше, причина вибрации может быть подавлена на основании результата сравнения, и ее параметры записываются так, чтобы они могли отражаться в функции управления. Следовательно, благодаря функции записи параметров контроль за вибрацией становится более точным.

В устройстве (13) согласно настоящему изобретению, описанном выше, при управлении катушкой контроля за вибрацией блок управления вырабатывает сигналы, амплитуда которых изменяется путем комбинирования линейного сигнала и нелинейного сигнала в соответствии с величиной сигналов смещения, вырабатываемых датчиками вибрации, и управление катушкой контроля за вибрацией осуществляется с помощью сформированных таким образом выходных сигналов блока управления. С помощью этого управления вибрация может оптимально подавляться и сводиться к требуемому значению.

В созданном согласно настоящему изобретению устройстве (14), приведенном выше, опоры, в которых установлены оба конца вала вращения, представляют собой магнитные опоры и эти магнитные опоры функционируют одновременно как опоры вала вращения и как катушки контроля за вибрацией. Следовательно, структура системы контроля за вибрацией ротатора упрощается и вибрация может оптимально подавляться и сводиться к требуемому значению на обоих концах вала вращения.

В устройствах (15) и (16), приведенных выше, катушка контроля за вибрацией разделена на части катушки. Благодаря этому производится эффективное управление током возбуждения частей катушки, соответствующих положению, где смещение из-за вибрации ротатора будет наибольшим и, таким образом, вибрация ротатора может более эффективно контролироваться.

В устройстве (17), приведенном выше, блок управления производит вычисление скорости изменения и тенденции изменения по отношению к временным изменениям сигналов вибрации, поступающим от датчиков вибрации, и в соответствии с уровнем скорости изменения и тенденцией изменения производится управление током возбуждения катушки контроля за вибрацией. Следовательно, может быть реализована более высокая точность контроля за вибрацией.

В устройстве (18), приведенном выше, магнитная опора управления наклоном удерживает вал вращения в центральном положении вращения с помощью магнитной силы. Магнитная опора контроля за вибрацией управляется таким образом, что при возникновении вибрации вала вращения магнитная опора контроля за вибрацией генерирует магнитную силу так, что ослабляется сила удержания положения магнитной опоры управления наклоном до заранее определенной величины, чтобы, таким образом, уменьшить силу удержания положения вала вращения. Одновременно выполняется управление для обеспечения активного контроля за вибрацией вала вращения. Таким образом, вибрация, вызываемая жесткой силой, создаваемой магнитной опорой управления наклоном, уменьшается, и предотвращается распространение наружу даже очень незначительной вибрации. Следовательно, вибрация может эффективно контролироваться.

В приведенном выше устройстве (19) магнитные опоры, на которые установлены оба конца вала вращения, имеют конструкцию, в которой используются две магнитные опоры контроля за вибрацией, и между ними установлена магнитная опора управления наклоном. Следовательно, так же, как и в предложенном в настоящем изобретении устройстве (18), приведенном выше, может быть предотвращено распространение за пределы кожуха вибрации, возникающей на валу вращения. Вал вращения на обоих концах установлен на магнитные опоры, в которых установлены две магнитные опоры контроля за вибрацией с хорошей балансировкой и, таким образом, становится возможным осуществлять более эффективный контроль за вибрацией.

В предложенном в рамках настоящего изобретения устройстве (20), приведенном выше, магнитные опоры, на которые установлены оба конца вала вращения, имеют такую конструкцию, в которой используются две магнитные опоры управления наклоном и между ними установлена магнитная опора контроля за вибрацией. Следовательно, так же, как и в устройстве (18), приведенном выше, может быть предотвращено распространение за пределы кожуха вибрации, возникающей на валу вращения. Оба конца вала вращения установлены с помощью магнитных опор, в которых используются две магнитные опоры управления наклоном с хорошей балансировкой и, таким образом, обеспечивается удержание положения вала вращения и становится возможным осуществлять более эффективный контроль за вибрацией. В устройстве (21), приведенном выше, когда магнитная опора контроля за вибрацией выполняет контроль за вибрацией вала вращения, ток возбуждения магнитной опоры управления наклоном управляется таким образом, чтобы ослабить силу удержания положения вала вращения в заранее определенной степени. Благодаря этому ослабляется сила удержания положения, создаваемая магнитной опорой управления наклоном для удержания вала вращения, и создается большая степень свободы для вибрации вала вращения по отношению к магнитной опоре управления наклоном. Таким образом, предотвращается распространение вибрации на сторону кожуха через магнитную опору управления наклоном и осуществляется эффективный контроль за вибрацией магнитной опоры контроля за вибрацией.

В предложенном в изобретении устройстве (22), приведенном выше, вал вращения установлен в центральном положении вращения, даже когда на магнитные опоры не поступает питание. Кроме того, сила удержания вала механизма упругого держателя установлена меньшей, чем магнитная сила удержания магнитной опоры. С другой стороны, установлено минимальное значение силы удержания вала механизма упругого держателя для удержания вала вращения в центральном положении, когда на магнитную опору не подается питание и не вырабатывается сила удержания магнитной опоры. Следовательно, предотвращается распространение на сторону кожуха вибрации, возникающей на валу вращения, через магнитную опору, и эта вибрация эффективно контролируется с помощью магнитной опоры.

В предложенном в изобретении устройстве (23), приведенном выше, механизм упругого держателя сконструирован таким образом, что основной корпус содержит магнитную опору и множество пружин соединяют основной корпус со стороной кожуха. Кроме того, в предложенном в изобретении устройстве (24), приведенном выше, механизм упругого держателя имеет основной корпус, в котором установлена магнитная опора, и упругий элемент, изготовленный из упругого материала, соединяющий основной корпус со стороной кожуха. Вал вращения может упруго удерживаться с помощью простого механизма упругого держателя. Упругий держатель может быть реализован не только на основе такого упругого материала, как резина, губчатая резина или уретан, но также с использованием средства держателя, в котором применяется жидкий материал, жидкостная опора и т.д.

1. Устройство опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации, в котором ротатор содержит установленный в корпусе устройства вращения вал вращения, причем по меньшей мере один его конец установлен на стенке указанного корпуса с помощью опоры ротатора так, что обеспечивается возможность привода его во вращение с помощью двигателя, множество радиально расположенных плеч, закрепленных одними концами на внешней поверхности вала вращения, и множество коробок, установленных на других концах плеч, выполненных с возможностью размещения в них гравитационных или добавляющих гравитацию объектов, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок управления, который осуществляет управление усилием удерживания вала вращения с обеспечением осуществления эффективного контроля за вибрацией указанного вала вращения, причем опора ротатора представляет собой магнитную опору, содержащую катушку, установленную на указанной стороне корпуса так, что она расположена вблизи внешней поверхности вала вращения, причем опора ротатора дополнительно содержит множество датчиков вибрации, установленных на указанной стороне корпуса и расположенных вблизи катушки, а также вблизи внешней поверхности вала вращения, и блок управления выполнен так, что в него поступают сигналы смещения от множества датчиков вибрации, с помощью которых определяется вибрация указанного вала вращения и производится управление током возбуждения указанной катушки с тем, чтобы осуществлять контроль за вибрацией, причем множество датчиков вибрации установлено на указанной стенке корпуса и на валу вращения или только на валу вращения и на блок управления поступают сигналы смещения от указанного множества датчиков вибрации и блок управления выполнен с возможностью управления током возбуждения катушки с тем, чтобы осуществлять активное управление вибрацией вала вращения.

2. Устройство опоры ротатора по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит датчик зазора или датчик смещения, установленный на указанной стенке корпуса, расположенный вблизи катушки, и блок управления выполнен с возможностью производить измерение расстояния между валом вращения и датчиком зазора или датчиком смещения и управлять током возбуждения катушки для осуществления активного управления вибрацией вала вращения.

3. Устройство опоры ротатора по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит оптический датчик или лазерный измеритель смещения, установленный на указанной стенке корпуса, расположенный вблизи катушки, и блок управления приспособлен производить измерение расстояния между валом вращения и оптическим датчиком или лазерным измерителем смещения и производить управление током возбуждения указанной катушки для осуществления активного контроля за вибрацией вала вращения.

4. Устройство опоры ротатора по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит датчик зазора или датчик смещения, установленный на указанной стенке корпуса, расположенный вблизи катушки, и блок управления приспособлен производить измерение расстояния между валом вращения и датчиком зазора или датчиком смещения или измерять смещение вала вращения для осуществления контроля за вибрацией вала вращения и управлять током возбуждения катушки для осуществления активного контроля за вибрацией вала вращения.

5. Устройство опоры ротатора по п.1, отличающееся тем, что блок управления выполнен так, что в него поступают сигналы смещения от множества датчиков вибрации для определения вибрации указанного вала вращения, при этом блок управления приспособлен производить сравнение параметров вибрации с заранее определенным требуемым значением параметров вибрации и управлять током возбуждения катушки для подавления вибрации до уровня ниже требуемого значения вибрации.

6. Устройство опоры ротатора по п.1, отличающееся тем, что блок управления приспособлен на основе сигналов, поступающих от одного из указанных датчика зазора, датчика смещения, оптического датчика и лазерного измерителя смещения, выполнять измерение расстояния до вала вращения или смещение вала вращения для определения вибрации вала вращения, производить сравнение спектра вибрации с заранее определенным требуемым значением спектра и осуществлять управление током возбуждения катушки для осуществления активного подавления вибрации до уровня ниже требуемого значения спектра.

7. Устройство опоры ротатора по п.1, отличающееся тем, что указанный блок управления приспособлен определять превышение требуемого значения ускорения или амплитуды вибрации и при таком превышении осуществлять контроль за вибрацией вала вращения так, что вибрация может быть подавлена до уровня ниже требуемого значения, концентрично по отношению к интервалу вибрации, превышающей указанное требуемое значение.

8. Устройство опоры ротатора по п.1, отличающееся тем, что блок управления выполнен так, что, когда он определяет превышение требуемого значения ускорения или амплитуды вибрации, блок управления осуществляет контроль за вибрацией вала вращения так, что вибрация может быть подавлена до уровня ниже требуемого значения, концентрично по отношению к интервалу вибрации, превышающей требуемое значение, и одновременно записывает информацию о частоте и ускорении, или амплитуде, или данные по всем этим параметрам вибрации, превышающим требуемое значение, так, чтобы данная информация могла быть отражена в функции управления, которая позволяет осуществлять последующий активный контроль за вибрацией.

9. Устройство опоры ротатора по п. 1, отличающееся тем, что блок управления выполнен так, что, когда он определяет превышение требуемого значения ускорения или амплитуды вибрации, блок управления осуществляет контроль за вибрацией вала вращения так, что вибрация может быть подавлена до уровня ниже требуемого значения, концентрично по отношению к интервалу вибрации, превышающей требуемое значение, и одновременно производит сравнение информации о частоте и ускорении, или амплитуде, или данных по всем этим параметрам вибрации, превышающим требуемое значение, с предварительно записанными данными по вибрации, так, что может быть подавлена причина вибрации.

10. Устройство опоры ротатора по п. 1, отличающееся тем, что блок управления выполнен так, что, когда он определяет превышение требуемого значения ускорения или амплитуды вибрации, блок управления осуществляет контроль за вибрацией вала вращения так, что вибрация может быть подавлена до уровня ниже требуемого значения, концентрично по отношению к диапазону вибрации, превышающей требуемое значение, и одновременно производит сравнение информации о частоте и ускорении, или амплитуде, или данных по всем этим параметрам вибрации, превышающим требуемое значение, с предварительно записанными данными по вибрации, так, что может быть подавлена причина вибрации, и информация о ней может быть записана с тем, чтобы она могла отражаться в функции управления блока управления, чтобы улучшить возможность управления.

11. Устройство опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации, в котором ротатор содержит установленный в корпусе устройства вращения вал вращения, причем по меньшей мере один его конец установлен на стенке указанного корпуса с помощью опоры ротатора так, что обеспечивается возможность привода его во вращение с помощью двигателя, множество радиально расположенных плеч, закрепленных одними концами на внешней поверхности вала вращения, и множество коробок, установленных на других концах плеч, выполненных с возможностью размещения в них гравитационных или добавляющих гравитацию объектов, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок управления, который осуществляет управление усилием удерживания вала вращения с обеспечением осуществления эффективного контроля за вибрацией указанного вала вращения, причем опора ротатора представляет собой магнитную опору, содержащую катушку, установленную на указанной стороне корпуса так, что она расположена вблизи внешней поверхности вала вращения, причем опора ротатора дополнительно содержит множество датчиков вибрации, установленных на указанной стороне корпуса и расположенных вблизи катушки, а также вблизи внешней поверхности вала вращения, и блок управления выполнен так, что в него поступают сигналы смещения от множества датчиков вибрации, с помощью которых определяется вибрация указанного вала вращения по смещению указанного вала вращения и производится управление током возбуждения указанной катушки с тем, чтобы осуществлять контроль за вибрацией, причем магнитная опора, в которой установлены оба конца вала вращения, содержит магнитную опору контроля за вибрацией и магнитную опору управления наклоном, с помощью которых осуществляется удержание положения вала вращения.

12. Устройство опоры ротатора по п. 11, отличающееся тем, что магнитная опора контроля за вибрацией функционирует только для осуществления контроля за вибрацией вала вращения, и магнитная опора управления наклоном функционирует для осуществления удержания вала вращения, а также для управления положением вала вращения с тем, чтобы ослаблять силу удержания вала вращения, когда магнитная опора контроля за вибрацией осуществляет контроль за вибрацией.

13. Устройство опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации, в котором ротатор содержит установленный в корпусе устройства вращения вал вращения, причем по меньшей мере один его конец установлен на стенке указанного корпуса с помощью опоры ротатора так, что обеспечивается возможность привода его во вращение с помощью двигателя, множество радиально расположенных плеч, закрепленных одними концами на внешней поверхности вала вращения, и множество коробок, установленных на других концах плеч, выполненных с возможностью размещения в них гравитационных или добавляющих гравитацию объектов, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок управления, который осуществляет управление усилием удерживания вала вращения с обеспечением осуществления эффективного контроля за вибрацией указанного вала вращения, причем опора ротатора представляет собой магнитную опору, содержащую катушку, установленную на указанной стороне корпуса так, что она расположена вблизи внешней поверхности вала вращения, причем опора ротатора дополнительно содержит множество датчиков вибрации, установленных на указанной стороне корпуса и расположенных вблизи катушки, а также вблизи внешней поверхности вала вращения, и блок управления выполнен так, что в него поступают сигналы смещения от множества датчиков вибрации, с помощью которых определяется вибрация указанного вала вращения по смещению указанного вала вращения и производится управление током возбуждения указанной катушки с тем, чтобы осуществлять контроль за вибрацией, причем магнитная опора, поддерживающая оба конца вала вращения, содержит две магнитные опоры контроля за вибрацией и магнитную опору управления наклоном, установленную между указанными двумя опорами контроля за вибрацией.

14. Устройство опоры ротатора по п.13, отличающееся тем, что магнитная опора контроля за вибрацией функционирует только для осуществления контроля за вибрацией вала вращения и магнитная опора управления наклоном функционирует для осуществления удержания вала вращения, а также для управления положением вала вращения с тем, чтобы ослаблять силу удержания вала вращения, когда магнитная опора контроля за вибрацией осуществляет контроль за вибрацией.

15. Устройство опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации, в котором ротатор содержит установленный в корпусе устройства вращения вал вращения, причем по меньшей мере один его конец установлен на стенке указанного корпуса с помощью опоры ротатора так, что обеспечивается возможность привода его во вращение с помощью двигателя, множество радиально расположенных плеч, закрепленных одними концами на внешней поверхности вала вращения, и множество коробок, установленных на других концах плеч, выполненных с возможностью размещения в них гравитационных или добавляющих гравитацию объектов, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок управления, который осуществляет управление усилием удерживания вала вращения с обеспечением осуществления эффективного контроля за вибрацией указанного вала вращения, причем опора ротатора представляет собой магнитную опору, содержащую катушку, установленную на указанной стороне корпуса так, что она расположена вблизи внешней поверхности вала вращения, причем опора ротатора дополнительно содержит множество датчиков вибрации, установленных на указанной стороне корпуса и расположенных вблизи катушки, а также вблизи внешней поверхности вала вращения, и блок управления выполнен так, что в него поступают сигналы смещения от множества датчиков вибрации, с помощью которых определяется вибрация указанного вала вращения по смещению указанного вала вращения и производится управление током возбуждения указанной катушки с тем, чтобы осуществлять контроль за вибрацией, причем магнитная опора, поддерживающая оба конца вала вращения, содержит две магнитные опоры управления наклоном, которые выполняют удержание положения вала вращения, и магнитную опору контроля за вибрацией, установленную между указанными магнитными опорами управления наклоном.

16. Устройство опоры ротатора по п.15, отличающееся тем, что магнитная опора контроля за вибрацией функционирует только для осуществления контроля за вибрацией вала вращения и магнитная опора управления наклоном функционирует для осуществления удержания вала вращения, а также для управления положением вала вращения с тем, чтобы ослаблять силу удержания вала вращения, когда магнитная опора контроля за вибрацией осуществляет контроль за вибрацией.

17. Устройство опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации, в котором ротатор содержит установленный в корпусе устройства вращения вал вращения, причем по меньшей мере один его конец установлен на стенке указанного корпуса с помощью опоры ротатора так, что обеспечивается возможность привода его во вращение с помощью двигателя, множество радиально расположенных плеч, закрепленных одними концами на внешней поверхности вала вращения, и множество коробок, установленных на других концах плеч, выполненных с возможностью размещения в них гравитационных или добавляющих гравитацию объектов, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок управления, который осуществляет управление усилием удерживания вала вращения с обеспечением осуществления эффективного контроля за вибрацией указанного вала вращения, причем опора ротатора представляет собой магнитную опору, содержащую катушку, установленную на указанной стороне корпуса так, что она расположена вблизи внешней поверхности вала вращения, причем опора ротатора дополнительно содержит множество датчиков вибрации, установленных на указанной стороне корпуса и расположенных вблизи катушки, а также вблизи внешней поверхности вала вращения, и блок управления выполнен так, что в него поступают сигналы смещения от множества датчиков вибрации, с помощью которых определяется вибрация указанного вала вращения по смещению указанного вала вращения и производится управление током возбуждения указанной катушки с тем, чтобы осуществлять контроль за вибрацией, причем магнитная опора, поддерживающая оба конца вала вращения, установлена на указанной стенке корпуса через механизм упругого держателя, который установлен на стороне внешней поверхности магнитной опоры, и сила удержания вала механизма упругого держателя установлена меньшей, чем сила удержания вала магнитной опоры.

18. Устройство опоры ротатора по п.17, отличающееся тем, что механизм упругого держателя содержит основной корпус, в котором установлена магнитная опора, предназначенная для поддержания вала вращения, и множество пружин, соединяющих поверхность внешней окружности основного корпуса и указанную стенку корпуса.

19. Устройство опоры ротатора по п.17, отличающееся тем, что механизм упругого держателя содержит основной корпус, в котором установлена магнитная опора, предназначенная для установки вала вращения, и упругий элемент, изготовленный из эластичного материала, соединяющий внешнюю поверхность основного корпуса и указанную стенку корпуса.

20. Устройство опоры ротатора в устройстве вращения для условий микрогравитации, в котором ротатор содержит установленный в корпусе устройства вращения вал вращения, причем по меньшей мере один его конец установлен на стенке указанного корпуса с помощью опоры ротатора так, что обеспечивается возможность привода его во вращение с помощью двигателя, множество радиально расположенных плеч, закрепленных одними концами на внешней поверхности вала вращения, и множество коробок, установленных на других концах плеч, выполненных с возможностью размещения в них гравитационных или добавляющих гравитацию объектов, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок управления, который осуществляет управление усилием удерживания вала вращения с обеспечением осуществления эффективного контроля за вибрацией указанного вала вращения, и дополнительно содержит опору, поддерживающую оба конца вала вращения, и катушка контроля за вибрацией расположена вокруг вала вращения так, что поддерживается заранее определенный зазор по отношению к валу вращения, и дополнительно содержит множество датчиков вибрации, установленных на указанной стороне кожуха, расположенных вблизи катушки контроля за вибрацией через равные промежутки друг от друга вокруг вала вращения, причем по отношению к валу вращения поддерживается заранее определенный зазор, и блок управления выполнен так, что в него поступают сигналы смещения зазора от множества датчиков вибрации и, если сигналы смещения превышают заранее определенное значение, блок управления осуществляет управление током возбуждения указанной катушки контроля за вибрацией, и при управлении током возбуждения катушки контроля за вибрацией указанный блок управления вырабатывает сигналы, амплитуда которых изменяется путем комбинирования линейного сигнала и нелинейного сигнала в соответствии с величиной сигналов смещения для осуществления активного контроля за вибрацией.

21. Устройство опоры ротатора по п. 20, отличающееся тем, что опоры, в которых установлены оба конца указанного вала вращения, представляют собой магнитные опоры и эти магнитные опоры выполняют не только функцию поддержания вала вращения, но также и функцию катушки контроля за вибрацией.

22. Устройство опоры ротатора по п.20, отличающееся тем, что катушка контроля за вибрацией содержит части катушки, разделенные в соответствии с количеством и положением множества датчиков вибрации, и блок управления выполнен с возможностью определять положение датчика вибрации, у которого наибольший сигнал смещения по сравнению с другими сигналами смещения, поступающими от указанного множества датчиков вибрации, и производить управление током возбуждения той части катушки указанной катушки контроля за вибрацией, которая соответствует указанному положению датчика вибрации.

23. Устройство опоры ротатора по п.21, отличающееся тем, что магнитная опора содержит части катушки, разделенные в соответствии с количеством и положением множества датчиков вибрации, и блок управления выполнен с возможностью определять положение датчика вибрации, у которого наибольший сигнал смещения по сравнению с сигналами смещения, поступающими от множества датчиков вибрации, и осуществлять управление током возбуждения той части катушки указанной магнитной опоры, которая соответствует указанному положению датчика вибрации.

24. Устройство опоры ротатора по п.22 или 23, отличающееся тем, что блок управления выполнен с возможностью производить измерение временных изменений сигналов смещения, поступающих от множества датчиков вибрации, производить вычисление скорости изменения и тенденции изменения соответствующих временных изменений и на основании соответствующих результатов вычислений регулировать силу тока возбуждения магнитных опор для осуществления соответствующего контроля за вибрацией.