DE2658668C2

DE2658668C2 - Vorrichtung zur magnetischen Aufhängung eines Läufers

Info

Publication number: DE2658668C2
Application number: DE2658668A
Authority: DE
Inventors: Maurice Brunet; Helmut Habermann; Pierre Vernon Joly
Original assignee: EUROPEENNE DE PROPULSION PUTEAUX HAUTS-DE-SEINE FR Ste
Current assignee: EUROPEENNE DE PROPULSION PUTEAUX HAUTS-DE-SEINE FR Ste
Priority date: 1975-12-24
Filing date: 1976-12-23
Publication date: 1985-09-19
Also published as: BE849836A; CH611394A5; US4121143A; GB1568252A; JPS5293852A; IT1104629B; NL7614085A; CA1081829A; DE2658668A1; ES454558A0; FR2336602B1; FR2336602A1; JPS62124319A; JPS6014929B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur magnetischen Aufhängung eines Läufers nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Für jed; Art der Lagerung oder Aufhängung, sei sie mechanisch, mittels hydraulischer oder pneumatischer Lager, Kugellager oder magnetischer Lager, stellt sich das Problem der Auswuchtung des gelagerten Läufers. Es ist nicht möglich, einen Läufer so zu fertigen und in den Lagern zu montieren, daß seine Trägheitsachse völlig exakt mit der definierten Drehachse der Lager zusammenfällt, so daß Abweichungen der Trägheitsachse von der theoretischen Lagerachse zu Unwuchten führen.

Im Falle einer mechanischen Lagerung führen solche Unwuchten bei der Drehung des Läufers zu alternierenden, auf die Lager übertragenen Kräften, die häufig unerwünschte Schwingungen des Ständers bedingen. Um die Amplitude dieser Schwingungen zu begrenzen, wird der Läufer fur seine normale Drehzahl in der Regel dynamisch ausgewuchtet, was durch zusätzliche Massen erfolgt, die derart am Läufer verteilt angeordnet werden, daß seine Trägheitsachse mit der theoretischen definierten Drehachse der Lager übereinstimmt. Diese Art der Auswuchtung erfordert ine große Präzision und ist daher schwierig und mühsam. Darüber hinaus können auf diese Weise zeitliche Änderungen der Unwucht nicht ausgeglichen werden, die beispielsweise durch Alterung oder durch Verformungen mit thermischem Ursprung hervorgerufen werden. Wenn die Auswuchtung darüber hinaus für eine vorgegebene nomi-

nale Drehzahl erfolgt, so können keine geschwindigkeitsabhängigen Unwuchten ausgeglichen werden, wenn der Läufer mit einer von seiner Nominaldrehzahl abweichenden Drehzahl umläuft.

Im Falle einer magnetischen Lageruug äußert sich eine Unwucht in einer Tendenz des Läufers, um seine von der vorbestimmten definiertey Drehachse des Lagers abweichende Trägheitsachse zu kreisen. Da jedoch die tatsächliche Drehachse des Läufers von seiner vorbestimmten Stellung abweicht, erzeugt die Fühleinrichtung ein Fehlersignal für die Wicklungen des Lagers, so daß die Drehachse in die Stellung der vorbestimmten Achse verlagert wird. Auch bei magnetischer Lagerung stellt sich somit das Problem der Unwuchten. Im Falle einer Auswuchtung mit zusätzlichen Massen treten im Falle einer magnetischen Lagerung die weiter oben erläuterten Nachteile ebenfalls auf.

In der US-PS 37 87 100 ist ein Gyroskop mit einem umlaufenden Teil beschrieben, das in zwei magnetischen Lagern gelagert ist Diese magnetischen Lager sind so ausgelegt, daß sie einer Bewegung des umlaufenden Teils aus dessen normaler axialer und radialer Stellung entgegenwirken. Jedes Lager besteht vorzugsweise aus vier Elektromagneten und weist außerdem wenigstens zwei Fühler auf, die radiale Verschiebungen der Achse des umlaufenden Teiles erfassen. Außerdem sind zwei Fühler vorgesehen, die auf eine axiale Auslenkung des umlaufenden Teiles aus dessen normaler Stellung ansprechen. Den Fühlern sind Summierschaltungen nachgeschaltet, die Signale abgeben, deren Amplitude mit der Auslenkung zunimmt und deren Pok-rität die Richtung der Auslenkung anzeigt. Phasenvoreilschaltungen mit schmalen Frequenzbändern bewirken eine Stabilisierung auf eine Resonanzfrequenz und sind den Summierschaltungen nachgeschaltet. Diese Frequenzbänder werden progressiv mit steigender Drehzahl verschoben, um bei besonders hohen Drehzahlen die Nutation des Gyroskops zu berücksichtigen. Hierzu hat eine Anpassungsschaltung ein aktives Tiefpaßfilter und einen Differenzverstärker, um so eine Dämpfung der Nutation zu erreichen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur magnetischen Aufhängung eines Läufers zu schaffen, bei der die Verwertung synchroner Störeinflüsse durch den Regelkreis vermieden wird, d. h. durch die Erfindung soll ausgeschlossen werden, daß Rückstellkräfte auf den Läufer infolge von synchronen Störeinflüssen einwirken, da tatsächlich keine Verschiebung des Läufers aus seiner Soll-Stellung vorliegt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die Erfindung ermöglicht so eine Vorrichtung zur magnetischen Aufhängung eines Läufers, bei der die Verwertung synchroner Störeinflüsse durch die Servosteuerung wirksam vermieden wird, so daß Keine un- Si erwünschte Stellungskorrektur der Lage des Läufers vorgenommen wird.

Es wird also eine magnetische Lagerung für einen Läufer geschaffen, bei der die nachteilige'! Auswirkungen derartiger, insbesondere von Unwuchten herrührender Störeinflüsse wesentlich vermindert oder sogar ausgeschaltet sind. Im Falle von Unwuchten äußern sich die Störeinflüsse durch alternierende Federsignale, die von der Fühleinrichtung erfaßt werden und eine Frequenz haben, die der Winkelgeschwindigkeit des Läufers entspricht. Jedoch existieren auch noch andere Söreinflüsse, die synchron mit der Drehung verlaufen und ihren Ursprung beispielsweise in Symmetriefehlern von Läufer- oder Ständerelementen eines Antriebsmotors für den Läufer haben. Alle diese synchronen Störeinflüsse treten alternierend auf und besitzen eine der Drehzahl des Läufers zugeordnete Frequenz, also eine Frequenz, die gleich ist der Drehzahl oder einem gaczzahligen Vielfachen hiervon. Mit der Erfindung wird so eine Vorrichtung zur magnetischen Aufhängung eines Läufers geschaffen, welche den Auswirkungen derartiger synchroner Störeinflüsse entgegenwirkt, deren Ursprung in Symmetriefehlern, geometrischen Fehlern oder magnetischen Fehlem des Läufers oder der Fühleinrichtung oder der Lager oder sogar des elektrischen Antriebsmotors des Läufers liegt.

Für den Fall von Unwuchten wird ein Sperrfilter verwendet, welches auf einer der Drehzahl des Läufers gleichen Frequenz zentriert ist, obwohl die durch die Unwucht und durch die Fühleinrichtung erzeugten Störungen nicht auf den Steuerkreis übertragen werden. Für diese Störungen ist die Steifheit des Lagers daher erheblich vermindert, und somit kann der Läufer um seine Trägheitsachse kreisen. Auf diese Weise wird ebenso wie bei einer dynamischen Auswuchtung mit zusätzlichen Massen versucht, die Trägheitsachse des Läufers mit der durch das Lager definierten Drehachse zusammenfallen zu lassen, so daß eine »Auswuchtung« des Läufers durch Deckung seiner Drehachse mit seiner Trägheitsachse erfolgt, und zwar unabhängig von Änderungen der Unwucht.

In einer Weiterbildung der Erfindung sind eine erste und eine zweite Fühleinrichtung zur Erzeugung eines ersten bzw. eines zweiten Eingangssignals vorgesehen, welches der radialen Stellung des Läufers gemäß einer ersten und einer zweiten festen Bezugsachse entspricht, die aufeinander und auf der vorbestimmten Drehachse des Läufers senkrecht stehen, wobei der Steuerkreis einen ersten und einen zweiten Eingang aufweist, die an der ersten bzw. zweiten Fühlereinrichtung zur Signalerzeugung angeschlossen sind. In einem solchen Fall weist nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung die Filtereinrichtung einen ersten und einen zweiten Addierer mit zwei Eingängen auf, deren erste Eingänge an die erste und zweite Fühlereinrichtung zur Signalerzeugung zur Aufnahme des ersten und zweiten Eingangssignals angeschlossen sind und deren Ausgänge an den ersten und zweiten Eingang des Steuerkreises angeschlossen sind und ein erstes und ein zweites Ausgangssignal erzeugen. Die Filtereinrichtung hat weiterhin eine Gegenkopplungsschaltung, die zwischen die Ausgänge der Addierer und ihren zweiten Eingängen eingeschaltet ist. Die Gegenkopplungsschaltung weist einen ersten Koordinatenwandler zur Umformung der durch die festen Achsen gebildeten Bezugskoordinaten in ein bewegliches Bezugssystem auf, welches durch zwei bewegliche, aufeinander und auf der Drehachse des Motors senkrechte Achsen gebildet ist, die gegenüber dem festen Bezugssystem mit einer zur Mittelfrequenz der Filtereinrichtung gleichen Frequenz drehen, wobei der erste Koordinatenwandler zwei Eingänge hat, die an den Ausgängen der Addierer zur Aufnahme des ersten und zweiten Ausgangssignals und zur Umwandlung in ein drittes und ein viertes Signal angeschlossen sind. Die Gegenkopplungsschaltung hat weiterhin einen ersten Integrierer, der am ers'en Koordinatenwandler zur Aufnahme und zur Integration des dritten Signals angeschlossen ist, und einen zweiten Integrierer, der am ersten Koordinatenwandler zur Aufnahme und zur Integration des vierten Signals angeschlossen ist. Weiterhin weist die Gegen-

kopplungsschaltung schließlich einen zweiten Koordinatenwandler zur Umformung des beweglichen Bezugssystems in das feste Bezugssystem auf, dessen beide Eingänge an den ersten bzw. den zweiten Integrierer zur Umformung der von den Integrierern kommenden Signale in ein fünftes und ein sechstes Signal angeschlossen sind, wobei die zweiten Eingänge der ersten und der zweiten Addierer zur Aufnahme des fünften und des sechsten Signals an den zweiten Koordinatenwandler angeschlossen sind.

Der Gegenkopplungskreis schafft eine Filtereinrichtung, welche ständig und automatisch hinsichtlich seiner Mittelfrequenz auf die Drehzahl des Läufers eingestellt ist. Im Falle einer Unwucht wird somit eine automatische Auswuchtung unabhängig von Änderungen der Unwucht für alle Drehzahlen des Läufers erzielt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, insbesondere in Verbindung mit den weiteren Ansprüchen. Es zeigt

Fig. 1 einen axialen Halbschnitt durch die Lagerung eines Läufers in zwei magnetischen Radiallagern,

Fig. 2 einen Schnitt gemäß Linie H-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 eine schaltbildliche Darstellung eines Regelkreises einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 5 eine Veranschaulichung des durch den Läufer gebildeten Kreis- oder Drehsystems,

Fig. 6 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Übertragungsfunktion der Gegenkopplungsschaltung gemäß Fig. 4,

Fig. 4 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Gesamtübertragungsfunktion der Schaltung gemäß Fig. 4 und

Fig. 8 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Steifheit des Lagers als Funktion der Frequenz von auf den Läufer einwirkenden Störungen.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Läufer 1 mittels zweier magnetischer Radiallager 3 in einem Ständer 2 gelagert. Jedes Lager 3 weist elektromagnetische Wicklungen 4 auf, die an einem festen Kern 5 gelagert sind und mit einem ringförmigen Anker 6 zusammenarbeiten, welcher am Läufer 1 befestigt ist.

Elektrcmagnete Ex, Ex' und Ey, Ey' sind paarweise gemäß diametralen, aufeinander senkrecht stehenden festen Achsen x'x bzw. y'y angeordnet, die auf der vorbestimmten Drehachse z'z des Lagers senkrecht stehen. Dabei liegen die Elektromagnete eines Paares einander diametral gegenüber und üben je eine Anziehungskraft auf den Läufer aus, wenn die Wicklungen stromdurchflossen sind. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist jeder Elektromagnet zwei in Serie geschaltete Wicklungen 4 auf.

Jedem Lager ist eine radiale Fühleinrichtung 7 zugeordnet, welche zwei Paare von Fühlern Dx, Dx' und Dy, Dy' aufweist, die gemäß zwei festen, zu den Achsen x'x und y'y parallelen Achsen angeordnet sind, wobei die Fühler eines gleichen Paares einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind. In der dargestellten Ausführungsform besteht jeder Fühler aus mehreren Spulen 8, die auf einem Kern 9 gelagert sind und mit einem ringförmigen Anker 10 zusammenarbeiten, der am Läufer 1 befestigt ist. Selbstverständlich sind auch andere Arten von Fühlern verwendbar, insbesondere kapazitiv oder optisch arbeitende Fühler.

Der Läufer 1 kann in nicht näher dargestellter Weise durch einen Elektromotor angetrieben sein, dessen Ständer gegenüber dem Ständer 2 und dessen Läufer gegenüber dem Läufer 1 festgelegt ist.

Es ist bekannt, jedes Lager ausgehend von den Signalen der Fühleinrichtungen mittels einer Schaltung auszuregeln, welches zwei Addierer 11 und 12(Fig. 4)aufweist, die die Signale jedes Paares von Fühleinrichtungen summieren und an ihren Ausgängen Signale χ und_y liefern, welche der Abweichung zwischen der tatsächlichen Radialstellung und der vorbestimmten Drehachse des Läufers jeweils in Richtung der Achsen x'x unay'y entsprechen.

Bei einem bekannten Regelkreis werden die Signale χ und y den Eingängen 13 α bzw. 13 b eines Steuerkreises 13 zugeführt, der an seinen Ausgängen die Steuerströme für die Elektromagnete Ex, Ex', Ey und Ey' liefert. Ein solcher Steuerkreis weist beispielsweise Phasenvoreilungsfilter 14, 15 auf, welche Steuersignale x_c und y_c erzeugen. Diese Steuersignale werden mittels Phasenschiebern 16,17 phasenverschoben, um Signale x'_n x"_c und y„ y"_c zu erzeugen, die nach Verstärkung in Verstärkern Ax, Ax', Ay, Ay' die Elektromagnete Ex, Ex', Ey, Ey' mit einer gewünschten Polarität speisen. Es sind verschiedene Ausführungsformen für derartige Steuerkreise beispielsweise aus der FR-PS 21 49 644 bekannt.

Zwischen die Ausgänge der Addierer 11 und 12 und die Eingänge 13 a und 13 6 des Steuerkreises ist ein Signalkonditionier- oder Verarbeitungskreis 18 eingeschaltet, der eine Übertragung von Störeinfiüssen auf den Steuerkreis verhindert.

Im Falle eines Läufers 1 mit Unwucht erzeugt eine Abweichung ε in einer Diametralebene zwischen dem Spurpunkt 0 seiner vorbestimmten Drehachse und dem Spurpunkt I seiner Trägheitsachse (vgl. Fig. 5), auch wenn sie gering sein sollte, über die Fühleinrichtungen alternierende Störsignale, deren Änderungsfrequenz in Hertz gleich ist der Drehzahl des Läufers in Umdrehungen pro Sekunde.

In der dargestellten Ausführungsfornm bildet der Konditionier- oder Verarbeitungskreis 18 eine filtereinrichtung für solche Störfehlersignale, die von einer Unwucht des Läufers 1 herrühren.

Der Signalkonditionierkreis 18 weist zwei Addierer Sx und Sy mit zwei Eingängen auf, deren erste Eingänge an den Ausgängen der Addierer 11 bzw. 12 liegen und daher die Signale χ bzw, y erhalten. Die Ausgänge der Addierer Sx und Sy liegen an den Eingängen 13 α bzw. 13Λ des Steuerkreises 13 und liefern Signale x„y_s. Zwischen die Ausgänge der Addierer S„ S_y und ihre zweiten Eingänge ist eine Gegenkopplungsschaltung 19 eingeschaltet.

Die Gegenkopplungsschaltung 19 weist einen ersten Koordinatenwandier R i auf, der an einem ersten und einem zweiten Eingang die Signale x_s bzw. y_s erhält und an seinen beiden Ausgängen Signale X bzw. Yliefert, für die gilt:

X = x_s cos ω t + y_s sin ω t Y = — X₁ sin ω t + y_s cos ω I,

wobei ω der Winkelgeschwindigkeit des Läufers entspricht und / die Zeit ist.

Wenn x_s und y_s als Koordinaten eines Punktes im festen, durch die Achsen x'x und y'y gebildeten Koordinatensystems aufgefaßt werden, so stellen X und Y die Koordinaten dieses Punktes in einem sich drehenden Koordinatensystem dar, dessen Orthogonalachsen X'X und Y'Y (vgl. Fig. 5)senkrecht zur Drehachse des Läufers liegen, sich auf dieser schneiden und läuferfest sind.

T =-

1 +

Δω

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Die das Störfehlersignal erzeugende Unwucht weist eine der Drehzahl des Läufers gleiche Frequenz auf, so daß durch die vom Koordinatenwandler R 1 durchgeführte Umformung die Unwucht in gegenüber dem Läufer ortsfester Weise erfaßt wird und somit derart behandelt werden kann, daß die Abweichung r kompensiert wird.

Hierfür werden die Signale X und Y im drehenden Bezugssystem durch Integrierer IX bzw. IY integriert. Die ortsfeste oder nur sehr langsam ortsveränderliche Unwucht gestattet es, die Bandbreite für die Integrierer IX bzw. IY auf tiefe und sogar sehr tiefe Frequenzen zu beschränken. Die von den Integrierern IXbzvi. /Kgelieferten Signale Χ_λ und Y₁ werden an einen ersten bzw. einen zweiten Eingang eines zweiten Koordinaten-Wandlers R 2 gelegt, der die umgekehrte Umformung des Koordinatenwandlers R 1 vornimmt und an seinen beiden Ausgängen Signale x, und .y, erzeugt, die an den zweiten Eingang des Addierers Sx bzw. des Addierers Sy angelegt werden.

Die Signale x, und >ί werden mit gegenüber den Signalen x, und y_s umgekehrter Polarität wieder eingespeist, wobei gilt:

Xi = -X\ cos tat - Ki sin ω ι \ . Jx, = χ + χ
y, =-JT₁ sin ωί +Ki COS(U// Vs -y+ y

Somit werden im Ergebnis den Signalen χ und y Kompensationssignale überlagert, die einer fiktiven Unwucht entsprechen, welche die tatsächliche Unwucht ausgleicht.

Die Koordinatenwandler R 1 und R 2 erhalten an einem dritten Eingang ein Signal ω t aus einem Drehzahlwandler 2'i), der eine der tatsächlichen Drehzahl des Läufers proportionale Größe erzeugt. Die Koordinatenwandler R 1 und R 2 formen Koordinaten zwischen einem festen Bezugssystem und einem sich drehenden Bezugssystem um und können für sich von beliebiger geeigneter, an sich bekannter Bauart sein. Insbesondere kann die Schaltung 19 als numerische Schaltung ausgeführt werden, wobei die Signale χ und y vor der Einführung in die Schaltung 19 in numerische Signale X₄ und y_s in Analogform umgewandelt werden, bevor sie dem Steuerkreis 13 zugeführt werden. Die Vorzeicheninversion der rückgekoppelten und mit den Signalen χ und y summierten Signale kann durch einen Vorzeicheninverter der Signale an einer beliebigen Stelle in der Gegenkopplungsschaltung 19 erfolgen.

Wenn β die Frequenz des Signals x_s und/die Drehzahl des Läufers in Umdrehung pro Sekunde bezeichnen, so verläuft die Übertragungsfunktion Tder Gegenkopplungsschaltung 19 in der in Fig. 6 in asymptotischer Darstellung veranschaulichter Weise, wobei Af die Bandbreite der Integrierer «fund /Kund Kden Verstärkungsfaktor der Integrierer bedeuten. Dabei ergibt sich:

wobei P = VU₁- a>\ = 2nj\fl -f\unü Δω = 2Af.

Die Signale x, und ^₁ werden mit den zu den Signalen X₁ und y_s gegensinnigen Vorzeichen rückgekoppelt, so daß die Übertragungsfunktion G des gesamten Kreises 18 gegeben ist durch:

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was in Fig. 7 in asymptotischer Darstellung veranschaulicht ist Die Schaltung 18 stellt somit für die Signale χ und y ein Sperrfilter mit einer engen Frequenzbandbreite dar, welche an einer ständig der Drehzahl des Läufers gleichen Frequenz, zentricrl ist. Wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist, isl die Verstärkung durch einen Faktor λ' + 1 in einem Frequenzband geteilt, dessen Breite mit der Verstärkung von 2(K + 1) Af bis auf 2 Λ/abfällt.

Die Steilheit C des Lagers ist in Fig. 8 veranschaulicht. Die Schaltung 18 erzeugt einen starken Abfall der Steifheit in einem Frequenzband oder Frequenzfenster mit der Frequenz/als Mittelpunkt. Für jede synchrone Störung, also für jeden Störeinfluß mit einer der Drehzahl des Läufers gleichen Frequenz, ist die Steifheit des Lagers praktisch ausgeschaltet, so daß der Läufer frei um seine Trägheitsachse kreisen kann. Wie bereits erläutert, ist die dem Läufer anhaftende Unwucht im wesentlichen konstant oder nur ganz langsam veränderbar, so daß die Bandbreite der Integrierer auf sehr niedrige Frequenzen, beispielsweise auf Frequenzen unterhalb von 1 Hz oder sogar auf 0,1 Hz begrenzt werden kann, um die Steilheit des Lagers im wesentlichen ausschließlich für die synchronen Störeinflüsse zu eliminieren.

Gemäß der in Fig. 8 in asymptotischer Darstellung veranschaulichten Kurve ist festzustellen, daß die Steifheit C für die Frequenz/im wesentlichen durch K + 1 geteilt ist. Mit Vorteil werden Verstärker bzw. Integrierer IX bzw. IY mit variabler Verstärkung eingesetzt, um den Wert von K einstellen zu können. Um zu vermeiden, daß die Steifheit des Lagers beim Anlaufen des Läufers Null ist, ist eine Unterbrechereinrichtung vorgesehen, welche die Gegenkopplungsschaltung nach dem Start des Läufers aktivschaltet. Diese Unterbrechereinrichtung kann beispielsweise durch einen Ausschalter gebildet sein, der zur Schaltung 18 in Serie liegt. Ebenso kann jedoch vor dem Anlassen des Läufers der Verstärkungsfaktor K der Verstärker mittels einer Einstelleinrichtung für den Verstärkungsfaktor auf Null gestellt werden.

Die vorstehend erläuterte Vorrichtung dient somit zur Eliminierung aller synchronen Störeinflüsse, und zwar insbesondere der von einer Unwucht herrührenden Störeinflüsse.

Wie jedoch bereits weiter oben erwähnt ist, können auch andere Störeinflüsse auftreten, die abhängig von der Drehzahl des Läufers sind. Diese Störeinflüsse beispielsweise infolge von Symmetriefehlern der Positionsfühler oder von Konstruktionsfehlern des Antriebsmotors für den Läufer, so etwa eine elliptische Form des Ständers oder des Läufers dieses Antriebsmotors, erzeugen zyklische Fehlersignale an den Fühleinrichtungen.

Derartige Störeinflüsse sind in harmonische Frequenzen zur Grundfrequenz entsprechend der Drehzahl des Motors zerlegbar. Wenn die geradzahligen Oberschwingungen durch die paarweise gegenüberliegende Anordnung der Fühleinrichtungen eliminiert werden, so führen umgekehrt die ungeradzahligen Oberschwingungen zur Erzeugung von Störfehlersignalen mit einer Frequenz, die ein ungeradzahliges Vielfaches der Grundfrequenz aufweisen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet eine Kompensation dieser Störfehlersignale mittels einer Schaltung, wie diese in Fig. 4 veranschaulicht ist, wobei den Koordinatenwandler R 1 unoVR 2 ein Signal entsprechend η ω t zugeführt wird und wobei η die Ordnungszahl der Oberschwingung für die Grundschwingung ist, für die eine Ausfilterung der Fühlersignale ge-

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''; wünscht wird. Das dem Wert π ω t entsprechende Signal

I könnte ganz einfach durch Multiplikationen des vom

;J Wandler 20 kommenden Signals erzeugt werden. Der

if Koordinatenwandler R 1 führt somit eine Umformung

,-■*; der Koordinaten des festen Bezugssystems (x'x, y'y) in

V Koordinaten eines beweglichen Bezugssystems durch,

!,, welches sich gegenüber dem festen Bezugssystem mit

Si einer Winkelgeschwindigkeit η ω dreht, während der

M Koordinatenwandler 2 die umgekehrte Umformung

|j vornimmt.

I Es kann eine Mehrzahl von Signalkonditionierkreisen

18 jeweils einer bestimmten Frequenz zugeordnet werden. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorstehend im Zusammenhang mit einem einzelnen radialen Fühlsystem erläutert worden; es kann jedoch selbstverständlich jedes radiale Fühlsystem in einer Lagerungseinrichtung für einen Läufer entsprechend ausgebildet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur magnetischen Aufhängung eines Läufers (1) mit S wenigstens einem aktiven radialen elektromagnetischen Lager (3) mit elektromagnetischen Wicklungen (4),

wenigstens einer Fühleinrichtung (7) zum Erzeugen eines Positionssignals, das die radiale Stellung des Läufers (1) bezüglich einer vorbestimmten radialen Stellung angibt,

einer Stromversorgung zum Einspeisen von Strom in die Wicklungen (4),

einem zwischen der Fühleinrichtung (7) und der Stromversorgung liegenden Regelkreis (13), der den in die Wicklungen (4) eingespeisten Strom abhängig vom Positionssignal so steuert, daß der Läufer (1) in der vorbestimmten radialen Stellung gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis (13) aufweist: eine Bandsperr-Filtereinrichtung (18), die das Positionssignal empfängt und ein Frequenz-Sperrband hat, das auf eine Mitteifrequenz η ■ ω zentriert ist, wobei η eine ganze Zahl und ω die Drehzahl des Laufers (1) bedeuten, um vom Positionssigna' eine Komponente mit der Frequenz η ■ ω auszuschließen, und eine mit der Bandsperr-Filtereinrichtung (18) verbundene Einrichtung (20) zum Erzeugen eines die Drehzahl ω des Läufers (1) darstellenden Signals, um kontinuierlich die Mittelfrequenz des Frequenz-Sperrbands an den Wert η ■ ω anzugleichen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine zweite Fühleinrichtung (7) vorgesehen sind, um ein erstes bzw. zweites Positionssignal zu erzeugen, die die radiale Stellung des Läufers (1) mit einer ersten Achse und einer zweiten Achse, die zueinander und zur Drehachse des Läufers (1) senkrecht sind, in einem festen Bezugssystem darstellen, daß der Regelkreis (13) zwischen der ersten und der zweiten Fühleinrichtung (7) und der Stromversorgung liegt, um den zu den Wicklungen (4) gespeisten Strom abhängig vom ersten und zweiten Signal zu steuern, und daß die Bandsperr-Filtereinrichtung (18) das erste und das zweite Signal empfängt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bandsperr-Filtereinrichtung (18) aufweist:

einen ersten Addierer (JSx) mit zwei Eingängen, der einen ersten, an die erste Fühleinrichtung (7) zum Empfang des ersten Signals angeschlossenen Eingang und einen mit der Stromversorgung verbundenen Ausgang aufweist,

einen zweiten Addierer (Sy), der einen ersten, an die zweite Fühleinrichtung (7) zum Empfang des zweiten Signals angeschlossenen Eingang und einen mit der Stromversorgung verbundenen Ausgang aufweist,

einen ersten Koordinatenwandler (R l)zurAusfiih- rung einer Koordinatentransformation vom festen Bezugssystem zu einem drehenden Bezugssystem, das aus zwei Achsen, die zueinander und zur Drehachse des Läufers (1) senkrecht sind, besteht und sich bezüglich des festen Bezugssystems mit einer Drehzahl // ■ ω dicht, wobei der erste Koordinatenwandler (R I) einen ersten und einen zweiten Einuanti aufweist, die mit den Ausgängen des ersten bzw. zweiten Addierers (Sx, Sy) verbunden sind, um von diesen Ausgangssignale zu empfangen und in dritte und vierte Signale umzuwandeln, einen ersten, mit dem ersten Koordinatenwandler (R 1) verbundenen Integrierer (IX) zum Integrieren des dritten Signals,

einen zweiten, mit dem ersten Koordinatenwandler (R 1) verbundenen Integrierer (IY) zum Integrieren des vierten Signals, und

einen zweiten Koordinatenwandler (R 2) zum Ausführen einer Koordinatentransformation vom drehenden Bezugssystem in das feste Bezugssystem, wobei der zweite Koordinatenwandler (R 2) einen ersten und einen zweiten Eingang aufweist, die mit dem ersten bzw. zweiten Integrierer (IX, IY) verbunden sind, um die dadurch eingespeisten integrierten Signale zu empfangen und diese integrierten Signale in fünfte und sechste Signale umzusetzen, und wobei der erste und der zweite Addierer (Sx, Sy) jeweils zweite Eingänge haben, die mit dem zweiten Koordinatenwandler (R 2) verbunden sind, um das fünfte und das sechste Signal zu empfangen.

4. Verrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehzahlwandler (20) an die Koordinatenwandler (R 1, R 2) ein die Drehzahl des Läufers (1) darstellendes Signal gibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Integrierer (IX, IY) beide eine enge Bandbreite haben, die auf tiefe Frequenzen unterhalb 1 Hz begrenzt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelfrequenz gleich der Drehzahl des Läufers (1) ist.