Неконтактный подвес ротора

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в неконтактных гироскопах, акселерометрах и магнитных подшипниках. Предложенный неконтактный подвес ротора содержит пары диаметрально противоположно расположенных поддерживающих ротор элементов в виде электромагнитов или электродов, подключенных к выходам фазоинвертора, вход которого соединен с источником переменного напряжения, и один общий настроечный элемент в виде конденсатора или катушки индуктивности, примененный для каждой пары поддерживающих элементов и включенный между общей точкой соединения пары поддерживающих элементов и общей точкой фазоинвертора. Использование одного общего настроечного элемента позволяет упростить схему предложенного подвеса, обеспечить линейность тяговой характеристики и стабильность нулевого положения ротора, благодаря исключению относительного изменения величин двух настроечных элементов традиционного резонансного подвеса. 4 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в неконтактных гироскопах, акселерометрах и магнитных подшипниках.

Предшествующий уровень техники

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.

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.

Сущность изобретения

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.

Перечень фигур и чертежей

На фиг.1 представлена электрическая схема прототипа - подвеса ротора, с поддерживающими элементами - электромагнитами и настроечными элементами - конденсаторами.

На фиг.2 дана схема предложенной опоры с поддерживающими элементами - электромагнитами и общим настроечным элементом - конденсатором.

На фиг.3 показана схема предложенной опоры с поддерживающими элементами - электродами и общим настроечным элементом - катушкой индуктивности.

На фиг.4 представлены графики тяговых характеристик подвеса - прототипа и предложенного подвеса.

На фиг.1-4 приняты следующие обозначения:

1 - ротор,

2 - первый поддерживающий элемент - электромагнит,

3 - второй поддерживающий элемент - электромагнит,

4 - первый настроечный элемент прототипа - конденсатор,

5 - второй настроечный элемент прототипа - конденсатор,

6 - фазоинвертор,

7 - источник переменного напряжения,

8 - демпфирующий двухполюсник,

9 - общий настроечный элемент - конденсатор подвеса с электромагнитами,

10 - первый поддерживающий элемент - в виде электродов,

11 - второй поддерживающий элемент - в виде электродов,

12 - общий настроечный элемент - катушка индуктивности подвеса с электродами.

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.

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:

,

где L0 - индуктивность обмотки при номинальном зазоре δ0 между электромагнитом и ротором (центральное положение ротора),

Δ=Δδ0 - относительное смещение ротора,

Δδ - смещение ротора.

Величина настроечного элемента - конденсатора 9 устанавливается примерно равной:

где ω - угловая частота источника напряжения 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:

.

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).

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:

,

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.

В предложенном подвесе при необходимости демпфирования колебаний ротора (например, в условиях вакуума) применяются, как и в прототипе, демпфирующие двухполюсники 8 (фиг.2 и 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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации электростатических гироскопов со сферическим ротором и оптической системой съема информации об угловом положении оси ротора относительно корпуса.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации инерциальных систем на электростатических гироскопах.
Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ), которые используются для высокоточного измерения навигационных параметров движущихся объектов.
Изобретение относится к гироскопической технике, а именно, к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ), которые используются для высокоточного измерения навигационных параметров движущихся объектов.

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано в составе навигационных комплексов. .

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации инерциальных систем на электростатических гироскопах.

Изобретение относится к гироскопическим устройствам и может быть применено в тех областях, где необходимо обеспечить не только вращение сферического электро- и магнитопроводящего ротора вокруг оси, расположенной в любом заданном положении в пространстве, но и измерение этого положения.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации инерциальных навигационных систем на электростатических гироскопах.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации электростатических гироскопов со сферическим ротором.

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве и эксплуатации электростатических гироскопов со сферическим ротором.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах ориентации, навигации и управления подвижными объектами (ПО). Гироскоп-акселерометр с электростатическим подвесом ротора и полной первичной информацией дополнительно содержит измерительные цепочки, электроды, фазочувствительные выпрямители (ФЧВ), сумматоры, масштабирующие элементы. Технический результат - определение трех углов ориентации и трех координат местоположения подвижного объекта. 7 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах ориентации, навигации и управления различных подвижных объектов. Предложенный электростатический гироскоп содержит ротор, основной статор с поддерживающими электродами на цилиндрической рабочей поверхности, два дополнительных статора с электродами и привод вращения ротора, ротор выполнен в виде кольца со сферической наружной (внешней) поверхностью, дополнительные статоры, прилегающие к основному центральному статору, выполнены с электродами на сферических рабочих поверхностях или на конических поверхностях, касательных к сферической поверхности ротора, а привод вращения ротора выполнен в виде обращенного статора с обмотками и внешней рабочей поверхностью, расположенной напротив внутренней цилиндрической поверхности кольца ротора. Кольцо ротора может быть выполнено с шириной В, удовлетворяющей условию А>В>С, где А - толщина пакета из трех статоров, С - толщина основного статора. Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в повышении точности и перегрузочной способности микромеханического электростатического гироскопа с непрерывно вращающимся ротором. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах ориентации и навигации подвижных объектов (самолет, корабль, автомобиль), в инклинометрах (для подземной навигации) и других устройствах, где требуется информация об угловых скоростях, получаемая с помощью микромеханического гироскопа. Электромагнитный гироскоп содержит ферромагнитный ротор в виде кольца со сферической наружной и цилиндрической внутренней поверхностями, верхний, центральный и нижний статоры электромагнитного подвеса ротора, при этом статор вращения ротора выполнен обращенным и помещен внутри кольца ротора, при этом кольцо ротора выполнено с шириной В, удовлетворяющей условию А>В>С, где А - толщина пакета из трех статоров, С - толщина центрального статора. Технический результат - упрощение конструкции электромагнитного гироскопа, повышение перегрузочной способности и предотвращение аварийного обката ротора при внешних возмущениях, превышающих заданные значения. 5 ил.
Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ). Способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа, согласно которому в начале процесса взвешивания создают временную паузу, преобразуют величину смещения ротора из центра подвеса вдоль каждой из его осей в эквивалентную величину электрического напряжения, которое подвергают частотной коррекции, результат коррекции складывают с опорным напряжением, результат сложения усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на силовой электрод подвеса, одновременно результат коррекции вычитают из опорного напряжения, результат вычитания усиливают, полученное высоковольтное напряжение подают на другой силовой электрод подвеса, введены операции, согласно которым перед взвешиванием ротора гироскоп ориентируют в положение, при котором одна из ортогональных осей подвеса вертикальна, а в течение временной паузы на силовые электроды подвеса подают только опорные напряжения, в результате чего прижимают ротор к упорам, расположенным вокруг нижнего силового электрода, центрируя его в зазоре между силовыми электродами, оси которых расположены в горизонтальной плоскости. Технический результат – обеспечение взвешивания ротора без возбуждения подвеса и повышение точности ЭСГ.

Изобретение относится к гироскопической технике, а именно к способам управления подвесами роторов электростатических гироскопов (ЭСГ). Сущность изобретения заключается в том, что способ управления подвесом ротора электростатического гироскопа дополнительно содержит этапы, на которых после раскрутки ротора до рабочей частоты вращения величину начального напряжения на электродах устанавливают равной нулю, а приращение напряжения подают только на электрод подвеса, от которого удаляется ротор, кроме того, для создания момента сил, стабилизирующих вращение ротора на рабочей частоте, коэффициент усиления К1 напряжения, пропорционального смещению по осям подвеса, увеличивают на величину ΔK где ΔK - коэффициент увеличения коэффициента К1;U0 - начальное напряжение на электродах подвеса до раскрутки ротора;Um - амплитуда переменной составляющей приращения напряжения до установки значения начального напряжения равного нулю. Технический результат – повышение точности ЭСГ.

Использование: для производства криогенных гироскопов со сферическим ротором. Сущность изобретения заключается в том, что криогенный гироскоп содержит герметичный корпус, сферический ротор, выполненный из сверхпроводящего материала, комбинированный подвес ротора, включающий систему сверхпроводящих экранов, установленных в корпусе попарно вдоль осей подвеса с противоположных сторон ротора и формирующих магнитное поле в рабочем зазоре подвеса, рабочая поверхность каждого из сверхпроводящих формирующих экранов, обращенная к ротору, выполнена в виде профилированной части сферы и образует со сферической поверхностью ротора переменный рабочий зазор, обеспечивающий равномерную плотность магнитного потока в зазоре, катушки возбуждения магнитного подвеса, установленные над экранами, схему управления магнитным подвесом, формирующую токи, протекающие в катушках возбуждения, схему управления электростатическим подвесом, формирующую электрический потенциал на поверхности сверхпроводящих формирующих экранов, на профилированную рабочую поверхность каждого сверхпроводящего формирующего экрана установлен дополнительный экран, имеющий электрический контакт со сверхпроводящим формирующим экраном из материала, не обладающего сверхпроводящими свойствами, рабочая поверхность которого выполнена в виде части сферы и образует со сферической поверхностью ротора равномерный зазор, что обеспечивает равномерность плотности электрических сил в зазоре. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности криогенного гироскопа. 2 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в неконтактных гироскопах, акселерометрах и магнитных подшипниках. Предложенный неконтактный подвес ротора содержит пары диаметрально противоположно расположенных поддерживающих ротор элементов в виде электромагнитов или электродов, подключенных к выходам фазоинвертора, вход которого соединен с источником переменного напряжения, и один общий настроечный элемент в виде конденсатора или катушки индуктивности, примененный для каждой пары поддерживающих элементов и включенный между общей точкой соединения пары поддерживающих элементов и общей точкой фазоинвертора. Использование одного общего настроечного элемента позволяет упростить схему предложенного подвеса, обеспечить линейность тяговой характеристики и стабильность нулевого положения ротора, благодаря исключению относительного изменения величин двух настроечных элементов традиционного резонансного подвеса. 4 ил.

Наверх