DE2342767C2

DE2342767C2 - Magnetic bearing

Info

Publication number: DE2342767C2
Application number: DE19732342767
Authority: DE
Inventors: Joseph Kennebunk Me. Lyman
Original assignee: CAMBRIDGE THERMIONIC CORP 02138 CAMBRIDGE MASS US
Current assignee: CAMBRIDGE THERMIONIC CORP 02138 CAMBRIDGE MASS US
Priority date: 1973-08-24
Filing date: 1973-08-24
Publication date: 1983-06-01
Also published as: DE2342767A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lageregeleinrichtung für den zu lagernden Körper einer magnetischen Lagerung, bei der mehrere paarweise auf den Körper in entgegengesetzten Richtungen einwirkende Permanentmagnete, die den Körper in einer Neutrallage lagern, in der zwischen den Pcrmanetmagneten eines jeweiligen Paares und dem zu lagernden Körper gleiche Spaltweiten gebildet werden, sowie Elektromagnete vorgesehen sind, die eine hinsichtlich der Richtung und Größe regelbare Zusatzkraft auf den Körper ausüben, mit einem Verstärker zu Ansteuerung der Elektromagnete, mit auf die Auslenkgeschwindigkeit des Körpers aus der Neutrallage ansprechenden Signalgenerator-Einrichtungen zur Ansteuerung des Verstärkers und mit Ansteuereinrichtungen für die Lageregeleinrichtung, die bei einer Auslenkung des Körpers durch eine äußere Kraft aus der Neutrallage heraus eine Ansteuerung der Elektromagnete derart bewirken, daß die Zusatzkraft der äußeren Kraft entgegenwirkt und den Körper entgegen der Auslenkungsrichtung aus seiner Neutrallage in eine einstellbare Soll-Lage überführt.The invention relates to a position control device for the body of a magnetic to be supported Storage in which several pairs of permanent magnets act on the body in opposite directions, which store the body in a neutral position, in the between the Pcrmanetmagneten of each Pair and the body to be stored equal gap widths are formed, and electromagnets are provided that exert an additional force on the body that can be regulated in terms of direction and size an amplifier to control the electromagnets, with on the deflection speed of the body from the Neutral position responsive signal generator devices for controlling the amplifier and with Control devices for the position control device, which when the body is deflected by an external Force from the neutral position cause a control of the electromagnets in such a way that the additional force counteracts the external force and moves the body out of its neutral position against the direction of deflection transferred to an adjustable target position.

Es ist eine Lageregeleinrichtung für einen magnetisch gelagerten Rotor bekannt, bei dem der Rotor mit vertikaler Achse von einem axial magnetisieren Lagermagneten reibungslos aufgehängt ist, wobei der Lagermagnet mit ferromagnetischen Ringen am oberenIt is a position control device for a magnetic Bearing rotor known, in which the rotor with a vertical axis magnetize axially Bearing magnet is suspended smoothly, the bearing magnet with ferromagnetic rings on top

s Ende des Rotors zusammenwirkt Bei dieser Magnetlagerung ergibt die axiale Lagerung durch den Lagermagneten eine EntStabilisierung in radialer Richtung, so daß ständig Leistung für radiale Stabilisierungseinrichtungen aufgewendet werden muß, um den Rotors end of the rotor interacts With this magnetic bearing, the axial bearing results from the bearing magnet a de-stabilization in the radial direction, so that constant power for radial stabilization devices must be expended to the rotor

ίο gegenüber dem Lagermagneten in Radialrichtung zentriert zu halten. Die axiale Lagerung erfolgt hierbei zwar leistungslos mit Hilfe eines Permanentmagneten, doch wird für die radiale Lagerung Leistung benötigtίο opposite the bearing magnet in radial direction keep centered. The axial bearing takes place without power with the help of a permanent magnet, but power is required for the radial bearing

Es ist weiterhin eine elektromagnetische LagerungIt is still an electromagnetic bearing

is bekannt (US-PS 34 73 852), bei der stationäre ringförmige Elektromagnete an beiden Enden des zu lagernden Körpers angeordnet sind und mit ebenfalls ringförmigen zugeordneten Scheiben an dem zu lagernden Körper derart zusammenwirken, daß gleichzeitig radiale und axiale Lagerkräfte erzeugt werden. Da hierbei die gesamte Lagerung mit Hilfe von Elektromagneten erfolgt, ist eine sehr hohe Leistung zur Lagerung des Körpers erforderlich. Diese Leistung steigt ebenso wie bei der erstgenannten magnetischen Lagerung umsomehr an, je stärker äußere Kräfte, beispielsweise die Schwerkraft oder Beschleunigungskräfte auf den zu lagernden Körper einwirken. is known (US-PS 34 73 852), in the stationary annular Electromagnets are arranged at both ends of the body to be supported and are also ring-shaped Associated disks on the body to be supported cooperate in such a way that at the same time radial and axial bearing forces are generated. Because here the entire storage with the help of electromagnets occurs, a very high level of power is required to support the body. This performance as with the first-mentioned magnetic bearing, the greater the external forces, the more For example, the force of gravity or acceleration forces act on the body to be supported.

Zur Vermeidung dieses Nachteils wurde bereits eine Lageregeleinrichtung der eingangs genannten Art vorgeschlagen (DE-OS 23 12 001), bei der der zu lagernde Körper hei Einwirkung von äußeren Kräften durch eine entsprechende Ansteuerung der Lageregeleinrichtung aus einer Neutrallage in eine Soll-Lage entgegengesetzt zur Richtung der äußeren Kräfte verschoben wird, in der die Permanentmagnete eine unsymmetrische, den äußeren Kräften entgegengesetzte Kraft auf den gelagerten Körper ausüben, so daß keine Vergrößerung der erforderlichen elektrischen Leistung auftritt. Bei dieser Lageregeleinrichtung bewirken die zur Lagerung in Radialdichtung dienenden Permanentmagnete jedoch ebenfalls eine Emstabilisierung in Radialrichtung, und zur Stabilisierung in Radialrichtung wird ein Wechselstrom-Magnetsystem verwendet, das dauernd eine Speiseleistung benötigt Weiterhin erfolgt die Einstellung des Körpers in die nicht zentrierte radiale Soll-Lage durch eine vorgegebene konstante Voreinstellung der radialen Stabilisierungssysteme, so daß eine Anpassung an sich ändernde äußere Kräfte nicht möglich ist.To avoid this disadvantage, a position control device of the type mentioned above has already been used proposed (DE-OS 23 12 001), in which the body to be stored is exposed to external forces by appropriately activating the position control device from a neutral position to a target position opposite to the direction of the external forces is shifted in which the permanent magnets one exert asymmetrical, the external forces opposite force on the supported body, so that no increase in the required electrical power occurs. With this position control device effect the bearings in the radial seal Permanent magnets, however, also have an emstabilization in the radial direction, and for stabilization in In the radial direction, an alternating current magnet system is used, which constantly requires a power supply Furthermore, the setting of the body in the non-centered radial target position is carried out by a predetermined one constant pre-setting of the radial stabilization systems, so that an adaptation to changing external forces is not possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageregeleinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß der Leistungsverbrauch der magnetischen Lagerung bei Einwirkung permanenter äußerer Störkräfte auf ein Minimum verringert wird.The invention is based on the object of providing a position control device of the type mentioned at the beginning to develop that the power consumption of the magnetic storage under the influence of permanent external Disturbing forces is reduced to a minimum.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements and developments of the invention emerge from the subclaims.

Bei der erfindungsgemäßen Lageregeleinrichtung übernehmen die Permanentmagnete sämtliche Lagerkräfte und der zu lagernde Körper wird bei Einwirken permanenter äußerer Kräfte automatisch in eine von der Neutrallage abweichende Soll-Lage überfuhrt, in der wiederum keine Leistung zur Stabilisierung des Körpers erforderlich ist. Die Rückkopplungskreise bewirken eine derartige Steuerung der Elektromagnete. daß deren Speisestrom immer praktisch auf NullIn the position control device according to the invention, the permanent magnets take over all bearing forces and the body to be stored automatically becomes one of when exposed to permanent external forces the target position deviating from the neutral position, in which again no power to stabilize the Body is required. The feedback loops effect such control of the electromagnets. that their feed current is always practically zero

verringert wird, io daß selbst bei sich ändernden äußeren Kräften der Mittelwert des Stromes sehr gering ist,is reduced, io that even with changing external forces the mean value of the current is very low,

Bei der erfindungsgemäßen Lageregeleinrichtung werden sämtliche statischen Lasten von Permanentmagneten aufgenommen, während das Elektromagnetsystem nur zur Regelung dpr Lage des Körpers dientIn the position control device according to the invention, all static loads are from permanent magnets recorded, while the electromagnetic system is only used to regulate the position of the body

Ausfühf ungsbeispiiele werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert In der Zeichnung zeigtAusfühf ungsbeispiiele are explained in more detail below with reference to the drawings. In the drawing shows

Fi g. 1 eine Ausführungsform einer Lagcregeleinrichtung, wobei Teile der Permanentmagnete und der Elektromagnete im Querschnitt gezeigt sind,Fi g. 1 an embodiment of a position control device, where parts of the permanent magnets and the electromagnets are shown in cross section,

Fig.2 eine grapüische Darstellung der bei einer leistungsfreien Lagerung auftretenden Kräfte.Fig.2 is a graphic representation of the one power-free storage forces occurring.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 1 ist ein zu lagernder fester Körper il zwischen Elektromagneten 12, 13 und Permanentmagneten 14, 15 gelagert Der Körper 1 kann eine Drehung um seine Längsachse ausführen und isl in Fig. 1 als Zylinder oder Welle dargestellt Der Körper kann ein Kreiselrotor sein oder er kann aäs rotierende Masse ausgebildet sein, mit der eine Zentrifugalkammer bestückt ist. Zur Erzeugung einer hohen Drehgeschwindigkeit des Körpers 11 kann mit Hilfe eines den Körper 11 umgebenden Motors 16 ein rotierendes Induktionsdrehfeld erzeugt werden.In the embodiment according to FIG. 1 is a solid body to be supported il between electromagnets 12, 13 and permanent magnets 14, 15 mounted. The body 1 can rotate about its longitudinal axis execute and is shown in Fig. 1 as a cylinder or shaft. The body can be a gyroscope or it can be designed as a rotating mass with which a centrifugal chamber is equipped. To the generation a high rotational speed of the body 11 can be achieved with the aid of a motor 16 surrounding the body 11 a rotating induction field can be generated.

Zusätzlich zu den Elektromagneten 12,13, die weiter unten näher erläutert werden, sind stationäre Permanentmagneten 14, IS vorgesehen, die mit Permanentmagneten 26,27 an den gegenüberliegenden Enden des Körpers 11 zusammen wirken und eine Magnetlagerung bilden. Diese Magnetlagerung mit Hilfe der Permanentmagnete trägt alle statischen Lasten des Körpers 11.In addition to the electromagnets 12, 13, which are explained in more detail below, there are stationary permanent magnets 14, IS provided with permanent magnets 26,27 at the opposite ends of the Body 11 work together and form a magnetic bearing. This magnetic bearing with the help of permanent magnets carries all static loads of the body 11.

Der Beitrag dieser Permanentmagnete zur Haltekraft ist jedoch in Axialrichtung veränderlich. Bewegt sich beispielsweise der Körper 11 in Richtung auf den Permanentmagneten 15, so steigt aufgrund der Änderung der Spaltweiter; zwischen den Permanentmagneten 14 und 26 einerseits und 27 und 15 andererseits die Anziehungskraft des Permanentmagneten 15 an, während die Anziehungskraft des Permanentmagneten 14 abnimmt. Ohne das im folgenden noch näher erläuterte elektromagnetische Lagerungssystem würde der Körper 11 ein fallender Körper sein, der lediglich radial durch die Felder der Permanentmagneten gehalten wird. Eine stabile Betriebslage muß entsprechend mit Hilfe der Elektromagnete 12,13 hei vorgerufen werden, die durch einen Differenzverstärker 29 gesteuert werden. Jeder Elektromagnet weist zwei kreisringförmige Durchlaßstücke auf, die derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sk: auf den Körper 11 eine Kraft parallel zu seiner Achse ausüben, wenn dieser Körper mit der Achse der Elektromagnete ausgerichtet ist, wobei weiterhin eine Kraftkomponente quer zur Achse des Körpers 11 ausgeübt wird, wenn die Achse dieses Körpers 11 nicht mit der Achse der Elektromagnete zusammenfällt. Die Elektromagnete werden durch Gleichstrom erregt, wobei die Stärke der Erregung differentiell regelbar ist. Ein äußerer zylindrischer Teil 20 des Elektromagneten 12 besteht aus permeablen Werkstoff. Die in der Zeichnung dargestellte Wicklung des Elektromagneten wird durch eine stationäre Wicklung 21 im Inneren des £ylindrischen Teils 20 gebildet. Die Wicklung 21 weist die Form eines dünnen zylindrischen Ringes auf, in dem übereinanderliegende Wicklungen in einem geeigneten Kunststoffmaterial., beispielsweise auf Epoxidharz-Grundlage, eingebettet sind. Der Elektromagr v. 13 umfaßt in gleicher Weise ein permeables zylindrisches Teil 23 und eine stationäre Wicklung 24,However, the contribution of these permanent magnets to the holding force is variable in the axial direction. If, for example, the body 11 moves in the direction of the permanent magnet 15, the gap width increases due to the change; between the permanent magnets 14 and 26 on the one hand and 27 and 15 on the other hand, the attractive force of the permanent magnet 15 increases, while the attractive force of the permanent magnet 14 decreases. Without the electromagnetic bearing system explained in more detail below, the body 11 would be a falling body which is only held radially by the fields of the permanent magnets. A stable operating position must be brought about with the aid of the electromagnets 12, 13, which are controlled by a differential amplifier 29. Each electromagnet has two annular passage pieces which are designed and arranged in such a way that sk: exert a force parallel to its axis on the body 11 when this body is aligned with the axis of the electromagnet, with a force component transverse to the axis of the body 11 is exercised when the axis of this body 11 does not coincide with the axis of the electromagnets. The electromagnets are excited by direct current, the strength of the excitation being differentially adjustable. An outer cylindrical part 20 of the electromagnet 12 consists of a permeable material. The winding of the electromagnet shown in the drawing is formed by a stationary winding 21 in the interior of the cylindrical part 20. The winding 21 has the shape of a thin cylindrical ring in which the superimposed windings are embedded in a suitable plastic material, for example based on epoxy resin. The Elektromagr v. 13 likewise comprises a permeable cylindrical part 23 and a stationary winding 24,

Die Eiektromagnete werden bei dieser Ausführungsform der Lageregeleinrichtung als Teil eines Servo-Sy- stems verwendet, das den Körper 11 in der Null-Lage oder einer Neutrallage hält, die in einer Schnittebene durch das von den Permanentmagneten erzeugte Feld liegt Auf dieser Ebene oder in einem Bereich, der sich unmittelbar an diese Ebene anschließt, sind extremIn this embodiment of the position control device, the electromagnets are used as part of a servo sy- stems used, which holds the body 11 in the zero position or a neutral position in a cutting plane by the field generated by the permanent magnets lies on this level or in an area that extends directly connected to this level are extreme

ίο kleine Kräfte erforderlich, um das magnetische »Schwerkraftzentrum« auf dem gelagerten Körper aufrechtzuerhalten. Das Servosystem, das einen oder mehrere Signalgeneratoren in Form von einer oder mehreren Meßfühlerwicklungen und wenigstens zwei unabhängige Elektromagnete und einen oder mehrere Differenzverstärker aufweist stellt jede axiale Translationsgeschwindigkeit fest und wirkt im Sinne einer Verringerung dieser Translationsgeschwindigkeit, damit die ursprüngliche Originallage des Körpers 11 schließlich wieder hergestellt wird.ίο small forces required to make the magnetic To maintain the "center of gravity" on the supported body. The servo system, the one or several signal generators in the form of one or more sensor windings and at least two Having independent electromagnets and one or more differential amplifiers provides each axial translation speed fixed and acts in the sense of reducing this translation speed, so the original position of the body 11 is finally restored.

Da die Elektromagnete in ihrer Magnetkraft steuerbar sind, läßt sich das gesamte Berchleunigungsfeld in Axialrichtung verändern. Dies wird im folgenden anhand der F i g. 2 erläutert, in der die Auslenkung (auf der .Y-Achse) gegenüber der Kraft (auf der V-Achse) dargestellt ist In Fig.2 stellt die Kurve PM die wirksame Kraft der Permanentmagnete und die Linie EM1 die wirksame Kraft der Elektromagnete dar. Die Steigung der Kurve EM1 ist wesentlich größer als die Anfangssteigung der Kurve PM, so daß der Körper innerhalb praktischer Grenzen (dargestellt durch die gestrichelten Linien LL und RL) in seiner Lagerung gehalten werden kann. Wenn der Körper nicht innerhalb dieser Grenzen gehalten wird, so kann er die Lage L oder R einnehmen, in denen die Spaltweite an den entsprechenden Enden des Körpers O wird, so daß die magnetische Lagerung aufgehoben ist.Since the electromagnets can be controlled in their magnetic force, the entire acceleration field can be changed in the axial direction. This is explained below with reference to FIGS. 2, in which the deflection (on the .Y-axis) is shown versus the force (on the V-axis). In FIG. 2, the curve PM represents the effective force of the permanent magnets and the line EM 1 represents the effective force of the electromagnets The slope of the curve EM 1 is substantially greater than the initial slope of the curve PM, so that the body can be held in its storage within practical limits (represented by the dashed lines LL and RL). If the body is not kept within these limits, it can take the position L or R , in which the gap width at the corresponding ends of the body is O , so that the magnetic bearing is canceled.

Wenn auf den Körper 11 nur die von den Permanentmagneten ausgeübten Kräfte einwirken, so wird der Körper in der graphischen Darstellung im Nullpunkt gehalten. Es wirken jedoch noch weitere K-äfte, insbesondere die Schwerkraft, auf den gelagerten Körper. Wenn diese weiteren äußeren Kräfte, die durch den Vektor F\ dargestellt sind, ohne Gegenwirkung bleiben, so wurden sie eine Auslenkung des Körpers 11 vom Nullpunkt zum Punkt A längs der A"-Achse hervorrufen. Irgendeine Auslenkung des Körpers 11 aus dem Nullpunkt bzw. der Null-Lage ruft jedoch Rückführungskräfte hervor, die dieser Auslenkung entgegenwirken. Da die Rückführungskraft, die der Auslenkung entgegenwirkt, anfänglich wesentlich größer ist als durch den Vektor Fi dargestellt, so wird die Auslenkung des Körpers 11 längs der X-Achse verlangsamt, angehalten und schließlich wieder aufgehoben. In F i g. 2 ist zu erkennen, daß, wenn der Körper 11 den Punkt A erreicht, auf ihn eine durch den Vektor Fi dargestellte RückfUhrungskraft einwirkt, die etwa 4mal größer als die Kraft ist, die durch den Vektor Fi dargestellt ist. Da die Kraft, die die Auslenkung hervorruft (dargestellt durch den Vektor Fi), der Rückführungskraft überlagert ist bzw. andauert, veranlaßt sie den Körper 11, sich in eine neue Soll-Lage zu bewegen, in der die Kraft, die durch einen Vektor F^ dargestellt ist, gleich und entgegengesetzt zu der durch den Vektor Fi dargestellten Kraft ist. Nach dem Erreichen der Soll-i^dge Cstellt die Linie £A/(die durch B geht) die wirksame Kraft der Elektromagnete dar. Dementsprechend sind die gegeneinander gerichtetenIf only the forces exerted by the permanent magnets act on the body 11, the body is kept at the zero point in the graphic representation. However, other forces, in particular gravity, act on the supported body. If these further external forces, which are represented by the vector F \ , remain without counteraction, then they would cause a deflection of the body 11 from the zero point to the point A along the A "axis. However, the zero position causes return forces that counteract this deflection. Since the return force that counteracts the deflection is initially much greater than represented by the vector Fi, the deflection of the body 11 along the X axis is slowed down, stopped and In Fig. 2 it can be seen that, when the body 11 reaches the point A , it is acted on by a return force represented by the vector Fi which is approximately 4 times greater than the force which is represented by the vector Fi Since the force that causes the deflection (represented by the vector Fi) is superimposed on the return force or lasts, it causes the body 11 to to move to a new target position in which the force represented by a vector F ^ is equal to and opposite to the force represented by the vector Fi. After reaching the target value C, the line £ A / (which goes through B ) represents the effective force of the electromagnets. The opposing forces are accordingly

■ Kräfte in der Lage Cgenau ausgeglichen und es ist nicht länger erforderlich, den Elektromagneten Leistung zuzuführen, und zwar so lange nicht, bevor nicht neue Krafteinwirkungen eine Auslenkung des Körpers 11 hervorrufen. Unter diesen Voraussetzungen ergibt sich eine effektiv leistungsfreie magnetische Lagerung.■ Forces in the position C are precisely balanced and it is no longer necessary to power the electromagnet and not until the body 11 is deflected by new forces cause. Under these prerequisites, an effectively power-free magnetic bearing results.

Damit werden im Gegensatz zu anderen Magnetlagerungen die Elektromagnete lediglich für Regelzwecke verwendet, und zwar mit Hilfe einer Veränderung des gesamten Beschleunigungsfeldes.In contrast to other magnetic bearings, the electromagnets are only used for control purposes is used, with the help of a change in the entire acceleration field.

Eine Möglichkeit der Veränderung des gesamten Beschleunigungsfeldes besteht in einer entsprechenden Vorspannung des Verstärkers. So wird (gemäß Fig. 1), wenn sich der Körper 11 in Richtung auf den unteren Permanentmagneten 15 bewegt und die Zugkraft dieses Magneten ansteigt, die differentielle, nach oben gerichtete Kraft des oberen Elektromagneten 12 derart gesteuert, daß diese Kraft wesentlich steiler ansteigt, so daß die Stabilität des Gesamtsystems wieder hergestellt ist. Entsprechend können die Elektromagnete so gesteuert werden, daß die Auslenkgeschwindigkeit des Körpers 11 verringert wird. Schließlich wird die Bewegung des Körpers gestoppt und die umgekehrte Geschwindigkeitskomponente wirkt solange auf den Körper ein, bis er erneut in eine Null-Beschleunigungslage gelangt, die die Soll-Lage darstellt. Im Bereich dieser Null-Beschleunigungslage werden die Elektromagnete nur dazu benötigt, die Soll-Lage aufrechtzuerhalten, da die Permanentmagnete wieder alle statischen Lasten übernehmen. Es wird damit keine elektrische Leistung benötigt, um den Körper in dieser Soll-Lage zu halten, wenn er diese Lage erreicht hat.One possibility of changing the entire acceleration field is a corresponding one Amplifier bias. So (according to FIG. 1), when the body 11 moves in the direction of the lower Permanent magnet 15 moves and the tensile force of this magnet increases, the differential, upwards directed force of the upper electromagnet 12 controlled so that this force increases much steeper, so that the stability of the entire system is restored. Correspondingly, the electromagnets can do so can be controlled so that the deflection speed of the body 11 is reduced. Eventually the Movement of the body is stopped and the reverse speed component acts on the Body until it reaches a zero acceleration position again, which represents the target position. In the area In this zero acceleration position, the electromagnets are only required to maintain the target position, because the permanent magnets take over all static loads again. It doesn't become electrical Power is required to keep the body in this target position once it has reached this position.

Wie dies aus F i g. 1 zu erkennen ist, wird eine zur Auslenkgeschwindigkeit proportionale Signalkomponente von der Meßfühlerspule 32 erzeugt, während ein Auslenkungssignal mit Hilfe einer photoelektrischen Vorrichtung erzeugt wird, die eine Lichtquelle 34, eine Blende 35 als Lichtsteuerelement und Photozellen 36 aufweist. Die Geschwindigkeitskomponente und die Auslenkungskomponente werden in einem Verstärker 29 verstärkt und die resultierenden Signale dienen zur Steuerung der Elektromagnete 12 und 13. Wie dies bereits angegeben wurde, werden die Signale, die den Elektromagneten zugeführt werden, mit entsprechenden Vorspannungen überlagert Zu diesem Zweck sind gemäß F i g. 1 Rückkopplungskreise vorgesehen, die Lichtquellen 40, 41, photoelektrische Zellen 42, 43, Kondensatoren 44,45, sowie Widerstände 46,47,48 und 49 einschließen. Die Lichtquellen 40, 41 ermöglichen zusammen mit den photoelektrischen Zellen 42, 43 eine galvanische Trennung der Ausgangskreise des Verstärkers 29. d. h. die Elektromagnete 12, 13, von den Eingangskreisen dieses Verstärkers, während die Widerstände 46, 47, 48 und 49 zusammen mit den Kondensatoren 44, 45 zeitintegrierende Schaltungselemente bilden.As shown in FIG. 1 can be seen, a signal component is proportional to the deflection speed generated by the sensor coil 32, while a deflection signal by means of a photoelectric Apparatus is generated which has a light source 34, a diaphragm 35 as a light control element and photocells 36 having. The velocity component and the displacement component are stored in an amplifier 29 amplified and the resulting signals are used to control the electromagnets 12 and 13. Like this has already been specified, the signals that are fed to the electromagnets with corresponding Pre-stresses superimposed. For this purpose, according to FIG. 1 feedback loops provided that Light sources 40, 41, photoelectric cells 42, 43, capacitors 44, 45 and resistors 46, 47, 48 and 49 include. The light sources 40, 41 together with the photoelectric cells 42, 43 enable a galvanic separation of the output circuits of the amplifier 29. d. H. the electromagnets 12, 13, of the Input circuits of this amplifier, while resistors 46, 47, 48 and 49 together with the Capacitors 44, 45 form time-integrating circuit elements.

Wenn dies gewünscht ist, kann die Wirkung der Auslenkungskomponente auf die Elektromagnete 12,13 unterbrochen werden, wenn der Körper 11 die Neutrallage oder die Null-Beschleunigungslage eingenommen hat Diese Maßnahme führt zu einer weiteren Leistungsersparnis. Die Elektromagnete werden dabei ausschließlich durch die Zuführung der Geschwindigkeitskomponente von der Meßfühlerspule 32 an den Verstärker 29 gesteuertIf so desired, the effect of the Deflection component on the electromagnets 12,13 are interrupted when the body 11 the Has assumed the neutral position or the zero acceleration position This measure leads to another Performance savings. The electromagnets are only activated by the supply of the speed component controlled by the sensor coil 32 to the amplifier 29

Ohne die Einstellung des Beschleunigungsfeldes müßte die differentielle aufwärts gerichtete Zugkraft (Gesamtwirkung) der Elektromagnete vermindert um die differentielle abwärts gerichtete Zugkraft (Gesamtwirkung) der Permanentmagnete einer stationär abwärts gerichteten Kraft (beispielsweise der Schwerkraft) gleich sein, damit das Gleichgewicht hergestellt wird. Durch Verwendung der Geschwindigkeitskomponenten zur Einstellung des gesamten Beschleunigungsfeldes werden die Elektromagnete von der Erzeugung der im wesentlichen stationären Gesamtkraft entlastet. Durch die Verwendung Jer Vergleichs- oder Geschwindigkeitskomponente zur Feststellung der Auslenkung des Körpers 11 unter der Einwirkung der stationären Kraft, insbesondere der Schwerkraft, kann das ganze Beschleunigungsfeld so verändert werden, daß sich der Körper 11 aufwärts bewegt, und zwar über seine Neutrallage hinaus, in eine Soll-Lage, in der die Permanentmagnete die erforderliche aufwärts gerichtete Zugkraft erzeugen.Without the setting of the acceleration field, the differential upward pulling force would have to be (Overall effect) of the electromagnets reduced by the differential downward pulling force (overall effect) the permanent magnets of a stationary downward force (e.g. gravity) be equal so that equilibrium is established. By using the speed components the electromagnets are used to adjust the entire acceleration field the substantially stationary total force relieved. By using Jer comparison or velocity component to determine the deflection of the body 11 under the action of the stationary Force, especially gravity, the entire acceleration field can be changed so that the Body 11 moved upwards, beyond its neutral position, into a target position in which the Permanent magnets generate the required upward pulling force.

Die Schaltungen zur Steuerung der Elektromagnete können in verschiedener Weise ausgewählt werden. Eine Möglichkeit hierfür ist weiterhin in der US-PS 34 73 852 gezeigt. Wie dies weiter oben erläutert wurde, kann die Geschwindigkeitskomponente mit Hilfe einer oder mehreren Meßfühlerspulen, wie beispielsweise der in Fig. 1 gezeigten Spule 32 erzeugt werden, die mit dem Permanentmagneten 27 zusammen wirkt und einen elektrodynamischen Signalgenerator bildet. Eine Bewegung des Körpers 11 ruft entweder ein Ansteigen oder Absinker des magnetischen Flusses, der die Spulenwicklung durchsetzt, hervor und dies führt zu einer Ausgangsspannung, deren Polarität und Größe proportional zur Bewegungsrichtung bzw. zur Geschwindigkeit der Bewegung ist. Die die Geschwindigkeits- und Auslenkungskomponenten darstellenden Signale werden gemäß Fig. 1 in Reihenschaltung den Eingangsan-Schlüssen des Verstärkers 29 zugeführtThe circuits for controlling the electromagnets can be selected in various ways. One possibility for this is also shown in US Pat. No. 3,473,852. As explained above, can the speed component with the help of one or more sensor coils, such as the In Fig. 1 shown coil 32 are generated, which interacts with the permanent magnet 27 and a forms electrodynamic signal generator. Movement of the body 11 causes either an increase or a rise Sinker of the magnetic flux passing through the coil winding interspersed, and this leads to an output voltage whose polarity and magnitude are proportional the direction of movement or the speed of movement. The speed and Signals representing deflection components are connected in series to the input connections as shown in FIG of the amplifier 29 is supplied

Es können auch andere Verfahren zur Ableitung eines der Geschwindigkeit entsprechenden Eingangsregelsignals verwendet werden, beispielsweise kann ein abgeglichener Oszillator mit einer Spule verwendet werden, oder ein mit niedriger Leistung betriebener Laser kann zur Messung der Auslenkung und Auslenkgeschwindigkeit auf der Grundlage des Dopplereffektes verwendet werden.Other methods of deriving an input control signal corresponding to the speed can also be used can be used, for example a balanced oscillator with a coil can be used or a low-powered laser can be used to measure deflection and deflection speed can be used on the basis of the Doppler effect.

Wenn dies erwünscht ist, kann das in den Zeichnungen vertikal dargestellte magnetische Lagersystem auch horizontal angeordnet werden. Wenn dieses System im Schwerkraftfeld der Erde betrieben wird, so werden die Permanentmagnete 14 und 15 dazu benutzt, um die Vertikalkraftkomponente entsprechend dem Gewicht so der gelagerten Masse aufzubringen, und die Elektromagnete dienen als Servosystem. Die magne''.5che Lagerung kann in einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen ausgebildet werden, und zwar entsprechend verschiedener äußerer Krafteinwirkungen, beispielsweise der Schwerkraft und/oder der Beschleunigung. Das magnetische Lagersystem paßt sich dabei auch Reiatiwerschiebungen zwischen dem gelagerten und dem der Lagerung dienenden Gerät an, und zwar unter Einschluß von Winkelkomponenten und Translationskomponenten.If so desired, the magnetic bearing system shown vertically in the drawings can also be arranged horizontally. When this system is operated in the earth's gravitational field, the Permanent magnets 14 and 15 used to the vertical force component according to the weight so to apply the stored mass, and the electromagnets serve as a servo system. The magne ". 5che Storage can be designed in a variety of different embodiments, namely corresponding to various external forces, for example gravity and / or the Acceleration. The magnetic bearing system also adapts itself to friction shifts between the and the device used for storage, including angular components and Translational components.

Bei der Lageregeleinrichtung sind zwei Kraftfelder vorhanden, die den Körper 11 anziehen können. Diese Felder werden unabhängig voneinander angelegt Das eine Feld ist ungeregelt, während das andere Feld servo-geregelt ist Durch diese Konstruktion können die voneinander unabhängigen Feider derart ausgebildet werden, daß sie zusammen eine ausreichende Kraft ausüben, um eine axiale Zentrierung des gelagertenThe position control device has two force fields that can attract the body 11. These Fields are created independently of one another. One field is unregulated, while the other field is servo-controlled. With this construction, the independent fields can be designed in this way that they together exert sufficient force to axially center the bearing

Körpers hervorzurufen. Das Servosystem bildet lediglich ein übergeordnetes Regelsystem, das nur einen geringen Dauerleistungsbedarf aufweist.Body. The servo system only forms a higher-level control system, which is only one has low continuous power requirement.

Die Lagerung lagert den Körper in fünf von sechs möglichen Freiheitsgraden, wobei nur die Drehung umThe storage positions the body in five of six possible degrees of freedom, with only the rotation around

die Längsachse des Körpers 11 unbehindert ist. Dadurch, daß die Lageregeleinrichtung einen vernachlässigbaren Leistungsbedarf aufweist, tritt keine Temperaturerhöhung der Elektromagnete auf, da diese lediglich für Regelzwecke verwendet werden.the longitudinal axis of the body 11 is unobstructed. Because the position control device is a negligible Has power requirement, there is no increase in temperature of the electromagnets, since these can only be used for control purposes.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1, position control device for the body to be stored in a magnetic bearing, in which several pairs of permanent magnets acting on the body in opposite directions, which store the body in a neutral position, in the between the permanent magnets of each Pair and the body to be stored equal gap widths are formed, as well as electromagnets are provided that an additional force on the body that can be regulated in terms of direction and size exercise, with an amplifier to control the electromagnet, with on the deflection and the Deflection speed of the body from the neutral position responsive signal generator devices for controlling the amplifier and with control devices for the position control device, when the body is deflected by an external force out of the neutral position Cause control of the electromagnets in such a way that the additional force counteracts the external force and the body against the direction of deflection from its neutral position into an adjustable one Target position transferred, characterized in that that the position control device to automatically maintain the target position in which the electromagnet only apply the forces required to stabilize the body in the target position, feedback circuits connected between the input and the output of the amplifier (29) with zeitiruigrierenden switching elements (45, 47, 49; 44, 46, 48), which eir such a signal the input of the amplifier (29) supply that the body is transferred to the target position in which the Direct current through the electromagnets (12, 13) in the steady state goes to zero.

2. Position control device according to claim 1, characterized in that the deflection of the Body (11) corresponding signal when the target position is reached, in which the acceleration of the body increases Is zero, is designed to be switched off.