[go: up one dir, main page]

RU2545310C2 - Non-contact suspension of rotor - Google Patents

Non-contact suspension of rotor Download PDF

Info

Publication number
RU2545310C2
RU2545310C2 RU2013125367/28A RU2013125367A RU2545310C2 RU 2545310 C2 RU2545310 C2 RU 2545310C2 RU 2013125367/28 A RU2013125367/28 A RU 2013125367/28A RU 2013125367 A RU2013125367 A RU 2013125367A RU 2545310 C2 RU2545310 C2 RU 2545310C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
suspension
rotor
common
supporting elements
pair
Prior art date
Application number
RU2013125367/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013125367A (en
Inventor
Евгений Алексеевич Артюхов
Original Assignee
Евгений Алексеевич Артюхов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Алексеевич Артюхов filed Critical Евгений Алексеевич Артюхов
Priority to RU2013125367/28A priority Critical patent/RU2545310C2/en
Publication of RU2013125367A publication Critical patent/RU2013125367A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2545310C2 publication Critical patent/RU2545310C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to instrument engineering and can be used in non-contact gyroscopes, accelerometers and magnetic bearings. The proposed non-contact suspension of a rotor comprises pairs of rotor supporting elements installed in diametrical opposition and made as electromagnets or electrodes connected to the outputs of a phase inverter with its input being connected to an AC voltage source, and one common adjusting element in the form of a capacitor or an induction coil used for every pair of supporting elements and connected between the common connection point of the supporting element pair and the common point of the phase inverter.
EFFECT: usage of one common adjusting element allows for the simplification of the proposed suspension design, provides for linearity of traction characteristic and stability of zero rotor position due to the fact that change of values of two adjusting elements as in standard resonance suspension is excluded.
4 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в неконтактных гироскопах, акселерометрах и магнитных подшипниках.The invention relates to the field of instrumentation and can be used in non-contact gyroscopes, accelerometers and magnetic bearings.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Наиболее простые неконтактные подвесы ферромагнитных и проводящих роторов основаны на использовании резонансных LC-контуров, которые образованы либо индуктивностями поддерживающих (тяговых) электромагнитов с настроечными конденсаторами (Журавлев Ю.Н. Активные магнитные подшипники. - Санкт-Петербург: «Политехника», 2003, стр. 11-12, рис.1-7), либо емкостями поддерживающих конденсаторов с настроечными катушками индуктивности (http:file:////mexman.ru «Гироскоп с электростатическим подвесом», стр. 9-10, рис.2). В таких неконтактных подвесах роторов используются пары диаметрально противоположно расположенных поддерживающих элементов, каждый из которых соединен с соответствующим настроечным элементом.The simplest non-contact suspensions of ferromagnetic and conductive rotors are based on the use of resonant LC circuits, which are formed either by inductors of supporting (traction) electromagnets with tuning capacitors (Zhuravlev Yu.N. Active Magnetic Bearings. - St. Petersburg: Polytechnic, 2003, p. . 11-12, Fig. 1-7), or capacitances of supporting capacitors with tuning inductance coils (http: file: ////mexman.ru "Gyroscope with electrostatic suspension", p. 9-10, Fig. 2). In such non-contact rotor suspensions, pairs of diametrically opposed supporting elements are used, each of which is connected to a corresponding tuning element.

Известен усовершенствованный подвес ротора, принятый за прототип, и описание которого дано в статье «Усовершенствованный электромагнитный резонансный подвес тела», журнал «Гироскопия и навигация», 1998, №2 (21), стр. 82-87, рис.1, а также в патенте РФ №2077175 «Устройство подвеса ферромагнитного тела». Подвес ротора, описанный в статье «Усовершенствованный электромагнитный резонансный подвес тела», журнал «Гироскопия и навигация», 1998, №2 (21), стр. 82-87, рис.1, принят за прототип предлагаемого изобретения. Такой подвес содержит пары диаметрально противоположно расположенных поддерживающих элементов (электромагнитов), подключенных к выходам фазоинвертора, вход которого соединен с источником переменного напряжения. Фаза напряжения на одном из выходов фазоинвертора сдвинута на 180 градусов по отношению к фазе напряжения на другом выходе. Это позволило использовать для каждой пары LC-контуров подвеса один демпфирующий двухполюсник вместо двух при традиционном однофазном питании подвеса. Ввиду дуальности электромагнитного и электростатического подвесов, данное техническое решение справедливо и для подвеса проводящего ротора с поддерживающими элементами в виде электродов, образующих емкости с поверхностью ротора. Недостатком прототипа является использование для пары поддерживающих элементов двух настроечных элементов, что приводит к усложнению конструкции подвеса, нелинейности тяговой характеристики подвеса и нестабильности нулевого (центрального) положения ротора.Known improved suspension of the rotor, adopted for the prototype, and a description of which is given in the article "Advanced electromagnetic resonance suspension of the body", the journal "Gyroscopy and navigation", 1998, No. 2 (21), pp. 82-87, Fig. 1, and in the patent of the Russian Federation No. 2077175 "Suspension device of a ferromagnetic body." The rotor suspension described in the article "Advanced electromagnetic resonance suspension of the body", the journal "Gyroscopy and navigation", 1998, No. 2 (21), pp. 82-87, Fig. 1, adopted as a prototype of the invention. Such a suspension contains pairs of diametrically opposed supporting elements (electromagnets) connected to the outputs of the phase inverter, the input of which is connected to an AC voltage source. The voltage phase at one of the outputs of the phase inverter is shifted 180 degrees with respect to the voltage phase at the other output. This made it possible to use one damping two-terminal for each pair of LC-circuits of the suspension instead of two with the traditional single-phase power supply of the suspension. Due to the duality of electromagnetic and electrostatic suspensions, this technical solution is also valid for suspending a conductive rotor with supporting elements in the form of electrodes forming containers with the rotor surface. The disadvantage of the prototype is the use for a pair of supporting elements of two tuning elements, which complicates the design of the suspension, the nonlinearity of the traction characteristics of the suspension and the instability of the zero (central) position of the rotor.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Задача изобретения заключается в упрощении конструкции подвеса ротора, линеаризации тяговой характеристики и устранении нестабильности центрального положения ротора, обусловленной изменением параметров настроечных элементов. Поставленная задача решена весьма простым включением одного общего настроечного элемента между общей точкой соединения пары поддерживающих элементов и общей точкой фазоинвертора.The objective of the invention is to simplify the design of the suspension of the rotor, linearize the traction characteristics and eliminate the instability of the central position of the rotor due to a change in the parameters of the tuning elements. The problem is solved by the very simple inclusion of one common tuning element between the common point of connection of a pair of supporting elements and the common point of the bass reflex.

Перечень фигур и чертежейList of figures and drawings

На фиг.1 представлена электрическая схема прототипа - подвеса ротора, с поддерживающими элементами - электромагнитами и настроечными элементами - конденсаторами.Figure 1 shows the electrical circuit of the prototype - suspension of the rotor, with supporting elements - electromagnets and tuning elements - capacitors.

На фиг.2 дана схема предложенной опоры с поддерживающими элементами - электромагнитами и общим настроечным элементом - конденсатором.Figure 2 is a diagram of the proposed supports with supporting elements - electromagnets and a common tuning element - a capacitor.

На фиг.3 показана схема предложенной опоры с поддерживающими элементами - электродами и общим настроечным элементом - катушкой индуктивности.Figure 3 shows a diagram of the proposed supports with supporting elements - electrodes and a common tuning element - an inductor.

На фиг.4 представлены графики тяговых характеристик подвеса - прототипа и предложенного подвеса.Figure 4 presents graphs of the traction characteristics of the suspension - the prototype and the proposed suspension.

На фиг.1-4 приняты следующие обозначения:Figure 1-4 adopted the following notation:

1 - ротор,1 - rotor

2 - первый поддерживающий элемент - электромагнит,2 - the first supporting element is an electromagnet,

3 - второй поддерживающий элемент - электромагнит,3 - the second supporting element is an electromagnet,

4 - первый настроечный элемент прототипа - конденсатор,4 - the first tuning element of the prototype is a capacitor,

5 - второй настроечный элемент прототипа - конденсатор,5 - the second tuning element of the prototype is a capacitor,

6 - фазоинвертор,6 - phase inverter,

7 - источник переменного напряжения,7 - source of alternating voltage,

8 - демпфирующий двухполюсник,8 - damping bipolar,

9 - общий настроечный элемент - конденсатор подвеса с электромагнитами,9 - a common tuning element is a suspension capacitor with electromagnets,

10 - первый поддерживающий элемент - в виде электродов,10 - the first supporting element in the form of electrodes,

11 - второй поддерживающий элемент - в виде электродов,11 - the second supporting element in the form of electrodes,

12 - общий настроечный элемент - катушка индуктивности подвеса с электродами.12 - a common tuning element is a suspension inductance coil with electrodes.

Предложенный неконтактный подвес ротора содержит пару поддерживающих элементов в виде электромагнитов 2 и 3 (фиг.2) или электродов 10 и 11 (фиг.3), подключенных к выходам фазоинвертора 6, вход которого соединен с источником переменного напряжения 7. Общий настроечный элемент в виде конденсатора 9 (фиг.2) или катушки индуктивности 12 (фиг.3) включен между общей точкой соединения пары поддерживающих элементов и общей точкой фазоинвертора 6.The proposed non-contact suspension of the rotor contains a pair of supporting elements in the form of electromagnets 2 and 3 (figure 2) or electrodes 10 and 11 (figure 3) connected to the outputs of the phase inverter 6, the input of which is connected to an AC voltage source 7. The common tuning element in the form a capacitor 9 (FIG. 2) or an inductor 12 (FIG. 3) is connected between a common point of connection of a pair of supporting elements and a common point of phase inverter 6.

Работа предложенного подвеса происходит следующим образом. Для схемы фиг.2 (с поддерживающими элементами в виде электромагнитов) при смещении ротора 1 от электромагнита 2 к электромагниту 3 индуктивности их обмоток L2 и L3 (определяемые главным образом величиной зазора по отношению к поверхности ротора) изменяются в соответствии с выражениями:The work of the proposed suspension is as follows. For the circuit of figure 2 (with supporting elements in the form of electromagnets) when the rotor 1 is displaced from the electromagnet 2 to the electromagnet 3, the inductances of their windings L 2 and L 3 (determined mainly by the value of the gap with respect to the surface of the rotor) are changed in accordance with the expressions:

Figure 00000001
,
Figure 00000002
Figure 00000003
Figure 00000001
,
Figure 00000002
Figure 00000003

где L0 - индуктивность обмотки при номинальном зазоре δ0 между электромагнитом и ротором (центральное положение ротора),where L 0 is the winding inductance at a nominal gap δ 0 between the electromagnet and the rotor (the central position of the rotor),

Δ=Δδ0 - относительное смещение ротора,Δ = Δ δ / δ 0 is the relative displacement of the rotor,

Δδ - смещение ротора.Δ δ is the displacement of the rotor.

Величина настроечного элемента - конденсатора 9 устанавливается примерно равной:The value of the tuning element - capacitor 9 is set approximately equal to:

Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000004
Figure 00000005

где ω - угловая частота источника напряжения 7.where ω is the angular frequency of the voltage source 7.

При этом ток I2 через электромагнит 2 увеличивается, а ток I3 через электромагнит 3 уменьшается, что создает восстанавливающую силу, возвращающую ротор 1 в центр подвеса. Задавая величины индуктивностей по формулам (2) для различных значений Δ, можно с помощью компьютерной модели определить значения токов I2 и I3, а затем вычислить силу F тяги подвеса по формуле:In this case, the current I 2 through the electromagnet 2 increases, and the current I 3 through the electromagnet 3 decreases, which creates a restoring force that returns the rotor 1 to the center of the suspension. By setting the inductances by formulas (2) for various Δ values, it is possible to determine the values of currents I 2 and I 3 using a computer model, and then calculate the suspension traction force F by the formula:

Figure 00000006
.
Figure 00000006
.

На фиг.4 приведены построенные таким образом относительные тяговые характеристики прототипа - кривая «а» и предложенного подвеса - практически прямая «б» (K - отношение сил предложенного подвеса и подвеса - прототипа, значение K=1 соответствует одинаковым максимальным нагрузкам сравниваемых подвесов).Figure 4 shows the relative traction characteristics of the prototype constructed in this way — curve “a” and the proposed suspension — almost direct “b” (K is the ratio of the forces of the proposed suspension and suspension - the prototype, the value K = 1 corresponds to the same maximum loads of the compared suspensions).

Для схемы подвеса фиг.3 (с поддерживающими элементами в виде электродов) смещение ротора 1 от электродов 10 к электродам 11 приводит к уменьшению емкости электродов 10 и увеличению емкости электродов 11. При этом индуктивность настроечного элемента - катушки 12 устанавливается примерно равной:For the suspension circuit of Fig. 3 (with supporting elements in the form of electrodes), the displacement of the rotor 1 from the electrodes 10 to the electrodes 11 leads to a decrease in the capacitance of the electrodes 10 and an increase in the capacitance of the electrodes 11. The inductance of the tuning element - coil 12 is set approximately equal to:

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

где C0 - емкость электродов 10 (или 11) относительно поверхности ротора 1 при его центральном положении. При выполнении условия (4) подвес обладает свойствами, подобными дуальной схеме (фиг.2) с электромагнитами.where C 0 is the capacity of the electrodes 10 (or 11) relative to the surface of the rotor 1 with its central position. When conditions (4) are fulfilled, the suspension has properties similar to the dual circuit (Fig. 2) with electromagnets.

В предложенном подвесе при необходимости демпфирования колебаний ротора (например, в условиях вакуума) применяются, как и в прототипе, демпфирующие двухполюсники 8 (фиг.2 и 3).In the proposed suspension, if necessary, damping of the oscillations of the rotor (for example, in a vacuum) are used, as in the prototype, damping bipolar 8 (figure 2 and 3).

Использование одного общего (для пары поддерживающих элементов) настроечного элемента позволяет упростить схему предложенного подвеса, обеспечить линейность тяговой характеристики и стабильность нулевого (центрального) положения ротора, благодаря исключению относительного изменения величин двух настроечных элементов подвеса - прототипа.The use of one common (for a pair of supporting elements) tuning element allows us to simplify the scheme of the proposed suspension, ensure linear traction characteristics and stability of the zero (central) position of the rotor, due to the exclusion of the relative change in the values of the two tuning elements of the suspension - the prototype.

Claims (1)

Неконтактный подвес ротора, содержащий пары диаметрально противоположно расположенных поддерживающих ротор элементов в виде электромагнитов или электродов, подключенных к выходам фазоинвертора, вход которого соединен с источником переменного напряжения, отличающийся тем, что для каждой пары поддерживающих элементов применен один общий настроечный элемент в виде конденсатора или катушки индуктивности, включенный между общей точкой соединения пары поддерживающих элементов и общей точкой фазоинвертора. Non-contact rotor suspension containing pairs of diametrically oppositely located rotor-supporting elements in the form of electromagnets or electrodes connected to the outputs of a phase inverter, the input of which is connected to an AC voltage source, characterized in that for each pair of supporting elements one common tuning element is applied in the form of a capacitor or coil inductance connected between the common point of the pair of supporting elements and the common point of the bass reflex.
RU2013125367/28A 2013-05-27 2013-05-27 Non-contact suspension of rotor RU2545310C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125367/28A RU2545310C2 (en) 2013-05-27 2013-05-27 Non-contact suspension of rotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013125367/28A RU2545310C2 (en) 2013-05-27 2013-05-27 Non-contact suspension of rotor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013125367A RU2013125367A (en) 2014-12-10
RU2545310C2 true RU2545310C2 (en) 2015-03-27

Family

ID=53381396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013125367/28A RU2545310C2 (en) 2013-05-27 2013-05-27 Non-contact suspension of rotor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2545310C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4121143A (en) * 1975-12-24 1978-10-17 Societe Anonyme Dite: Societe Europeene De Propulsion Device for compensating synchronous disturbances in the magnetic suspension of a rotor
RU94035483A (en) * 1994-09-16 1996-07-27 Е.А. Артюхов Ferromagnetic rotor suspension device
RU2077175C1 (en) * 1994-01-24 1997-04-10 Евгений Алексеевич Артюхов FERROMAGNETIC ROTOR SUSPENSION DEVICE

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4121143A (en) * 1975-12-24 1978-10-17 Societe Anonyme Dite: Societe Europeene De Propulsion Device for compensating synchronous disturbances in the magnetic suspension of a rotor
RU2077175C1 (en) * 1994-01-24 1997-04-10 Евгений Алексеевич Артюхов FERROMAGNETIC ROTOR SUSPENSION DEVICE
RU94035483A (en) * 1994-09-16 1996-07-27 Е.А. Артюхов Ferromagnetic rotor suspension device

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013125367A (en) 2014-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9683829B2 (en) Position detection device
Berdy et al. Design and optimization of a magnetically sprung block magnet vibration energy harvester
JP2017524327A (en) Resonance frequency compensation
KR20180040144A (en) Devices for measuring measurement variables
CN101963514B (en) For measurement mechanism and the measuring system of remote measurement analyte sensors
JP6604389B2 (en) Resonator amplitude control system and resonator amplitude control method
JP2014532868A (en) Rotating electrical machine and method for measuring displacement of rotor of rotating electrical machine
RU2013126687A (en) CONTACTLESS POWER SUPPLY DEVICE
CN102365819A (en) Oscillation device
CN104977453A (en) No-null-shift magnetic modulation current sensor
Binh et al. Applied theory of bending vibration of the piezoelectric and piezomagnetic bimorph
RU2545310C2 (en) Non-contact suspension of rotor
US10461697B2 (en) Oscillation circuit and oscillation-circuit driving method
Pandit et al. Reduction of amplitude ratio dependence on drive level in mode localized resonant MEMS sensors
Zhou et al. Resonance and distance insensitive wireless power. Transfer with parity-time symmetric duffing resonators
JP6320098B2 (en) Variable inductance type position sensor system and variable inductance type method
RU2330303C2 (en) Fluxgate magnetometer
JP6220618B2 (en) Resonant circuit and oscillation circuit
RU2638919C1 (en) Electronic system of compensation accelerometer
TW201310036A (en) Micro electro-mechanical system circuit capable of compensating capacitance variation and method thereof
Wang et al. Extended-Range Wireless Power Transfer System Based on High-Order PT Symmetric Principle
Jingzhuo et al. Novel integrated position measurement unit for stepping motor servo control
He et al. Analysis, and correction of soft switching missing phenomenon in high coupling coefficient WPT system
CN203608180U (en) Voltage sensitive circuit, frequency source and voltage controlled oscillator
RU1807435C (en) Probe for inductive electromagnetic logging

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180528