• 专利附录
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    • 专利摘要:

    公开号:WO1984000198A1
    申请号:PCT/EP1983/000166
    申请日:1983-07-01
    公开日:1984-01-19
    发明作者:Thomas Lange；Gerhard Heimbold；Guenter Innerhofer
    申请人:Deutsche Forsch Luft Raumfahrt；Teldix Gmbh；
    IPC主号:F16C32-00
    专利说明:
    Magnetlager fur einen Rotor Die Erfindung betrifft ein Magnetlager für einen sich um eine Achse drehenden Rotor, bestehend aus zwei in Richtung der Drehachse zueinander versetzten Lagerteilen, die für zwei zur Drehachse senkrechte Richtungen die translatorischen Abweichungen der augenblicklichen Lage der Drehachse von der Sollage ermitteln und durch Steuerung von Magnetkräften ausregeln und die ausserdem Kippberwegungen des Rotors um zu den beiden zur Drehachse senkrechten Richtungen parallele Drehachsen ermitteln und ein Rückstellmoment um diese Achsen erzeugen, wobei zusätzlich Schaltmittel zur Dämpfung der Nutationsfrequenz vorgesehen sind. Ein Magnelager mit den oben aufgeführten Merkmalen ist z.B. aus der DE-AS 22 63 096 bekannt. Gemäss Figur 6 werden dort neben den Signalen zum Ausregeln von transla torischen Auslenkungen des Rotors durch Summen- und Differenzbildung "Kippsignale" gebildet, die zur Ausregelung von Kippbewegungen benutzt werden. Für die "Kippsignale" werden zur Dämpfung der Nutationsfrequenz sehr breitbandige Verstärker mit grosser Phasenanhebung benötigt. Um dies zu vermeiden, wird anhand der Figur 4, Figur 6 und Figur 7 eine Lösung beschrieben, die eine Dämpfung der Nutationsfrequenz bei relativ schmalbandigem Verstärker zulässt. Jedoch wird auch hier eine komplizierte Schaltungsanordnung zur Erzielung dieses Ergebnisses benötigt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dämpfung der Nutationsschwingung des Rotors mit zusätzlichen einfachen Mitteln leistungsgünstiger als bisher zu erreichen. Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Neben der Dämpfung der Nutationsschwingung des Rotors mit sehr einfachen Mitteln und damit verbunden einem Leistungsgewinn für das Magnetlager bei einfacherer Ausbildung der Verstärker (schmalbandiger) für die "Kippsignale" wird zusätzlich erreicht, dass die hochfrequente Eigenbewegung (Nutation) des Gyrostaten, d.h., des Hüllkörpers, der den eingebauten, schnell laufenden Rotor enthält, gedämpft und damit dieser Hüllkörper(passiv) stabilisiert wird. Insbesondere ist die Anwendung der Erfindung für schwungradstabilisierte Satelliten von Interesse, da sie eventuell am Satelliten auftretende Nutationsbewegungen dämpft und nicht aufklingen lässt. Letzteres würde unter Umständen eine Fehimission des Satelliten nach sich ziehen.Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 - einen magnetisch gelagerten Rotor in prinzipixel 1erDarstellung, Fig. 2 - eine Regelschaltung zur Ausregelung von Kipp schwingungen und mit einer erfindungsgemässenK reuzkoppl ung,Fig. 3 - die regelungstechnische Darstellung der beidenRegelkreise für die Kippungsregelung. In Fig. 1 der Zeichnung ist mit 1 ein Rotor und mit 2 seine Welle bezeichnet; der Rotor 1 ist in zwei Teilmagnetlagern 3 und 4 magnetisch gelagert. Von diesen Teillagern 3 und 4 ist jeweils nur die Lagerung in einer Ebene dargestellt. Eine entsprechende Lagerung muss in der zur Papierebene senkrechten Ebene durch die Sollage der Rotorachse 5 vorgesehen sein. Jedes Teillager besteht aus den am Stator vorgesehenen Elektromagneten 6a und 6b bzw. 7a und 7b und Sensoren 8a und 8bbzw. 9a und 9b. Entsprechende Elektromagnete 5cund 6d bzw. 7c und 7d sowie Sensoren 8c und 8d bzw. 9c und 9d seien in der dazu senkrechten Ebene angeordnet. Alle Sensoren 8 und 9 sind mit einem Regler 10 verbunden, der seinerseits mit den Elektromagneten 6 und 7 verbunden ist und diese steuert. In Figur 2 sind die Sensoren 8a - c und 9a - c sowie die Elektromagnete 6a -c und 7a - c als Blöcke dargestellt. Zwischen diesen Blöcken sind die erfindungsgemäss ausgebildeten Kippregelkreise eingezeichnet. Jeweils zwei sich gegenüberliegende Sensoren 8a und b, 8c und d, 9a und b und 9c und d werden mittels Verstärker 20a und b bzw. 21a und b so zusammengefasst, dass ihr Ausgangssignal in der Sollage des Rotors 0 ist und mit steigender Abweichung des Rotors von seiner Sollage anwächst, wobei das Vorzeichen des Ausgangssignals die Richtung der Abweichung kennzeichnet. Die Ausgangssignale der Verstärker 20a und 21a bzw. 20b und 21b, die jeweils von den Sensoren einer Ebene abgeleitet sind, werden dann mittels der Inverter 22 und 23 und der Verstärker 24 und 25 so zusammengefasst, dass ihr Ausgangssignal ein Mass für die Kippwinkel gegen die beiden Ebenen rx bzw. rudarstellen. Über Regel verstärker 26 bzw. 27, die nun nicht mehr so breitbandig sein müssen und die eine Phasenanhebung bewirken, und Verstärker 34 und 35 gelagen diese Signale zu den Elektromagneten 6a und b bzw. 6c und d direkt und 7a und b bzw. 7c und d invertiert (Inverter 32 bzw. 33). Hierdurch werden Momente um die Kippachsen auf den Rotor ausgeübt und dieser in seine Sollage ruck-gestellt. Erfindungsgemäss sind noch Kreuzkoppelzweige vorgesehen, durch die die Ausgangssignale der Regel verstärker 26 bzw. 27 zu den Verstärkern 34 bzw. 35 des jeweils anderen Kanals gekoppelt werden. In diese Zweige sind Proportionalverstärker 28 und 29 eingeschaltet. Wie erläutert, wird durch die Kreuzkopplungszweigeeine Nutation des Rotors, aber auch eine Nutation des den Rotor beinhaltenden Körpers, z.B. eines Satelliten, unterdrückt. Die Vorzeichen der Ausgangssignale der Regel verstärker 28 und 29 ergeben sich aus der Regelkreisdarstellung der Fig. 3. Dort sind mit Mx ein Störmoment um die x-Achse und mit My ein Störmoment und die y-Achse bezeichnet, die über das Trägheitsmoment J um die Kippachsen Kipp winkel r x bzw.fy y auslösen. Durch die dynamische Kopp- lung der Freiheitsgrade über den Drall H des Rotors entstehen Kreiselmomente MH im jeweils anderen Regelkreis. Die Regel verstärker 26 und 27 mit einer Übertragungsfunktion f (s) erzeugen aus den Kippwinkeln ein Rückstellmoment Mf. Schliesslich sind noch die Regelverstärker 28 und 29 eingezeichnet, die eine proportionale Verstärkung g bewirken und jeweils ein Kreuzkoppelmoment M erzeugen. Die Vorzeichen der diese kreuzgekoppelten Momente bewirkenden Verstärkungen sind jeweils entgegengesetzt dem Vorzeichen des Dralls H, das in den Kreiselmomenten MH der entsprechenden Achsen auftritt. Durch diese Anordnung ist es möglich, die Regelverstärker 26 und 27 mit geringerer Bandbreite und daher geringerer dynamischer Verstärkungsanhebung auszulegen. Das bedeutet eine geringere Belastung der Magnetspulen durch verstärktes Sensorrauschen, also eine Verringerung der Übersteuerungsgefahrund Einsparung elektrischer Energie.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Magnetlager für einen sich um eine Achse drehenden Rotor, bestehend aus zwei in Richtung der Drehachse zueinander versetzten Lagerteilen, die für zwei zur Drehachse senkrechte Richtungen die translatorischen Abweichungen der augenblicklichen Lage der Drehachse von der Sollage ermitteln und durch Steuerung von Magnetkräften ausregeln und die außerdem Kippbewegungen des Rotors um zu den beiden zur
    Drehachse senkrechten Richtungen parall e le Achsen ermitteln und über zwei Regel Verstärker enthaltende Regelkanäle ein Rückstellmoment um diese Achsen erzeugen, wobei zusätzlich Schaltmittel zur Däm pfung der Nutationsfrequenz vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Regelkanälen (26 oder 27) je einen Kreuzkopplungsverstärker (28 oder 29) enthaltende Kreuzkoppelzweige eingeschaltet sind und daß die Vorzeichen der diese kreuzge koppelten Momente M bewirkenden Verstärkungen jeweils entgegengesetzt dem Vorzeichen des Dralls H sind, das in den Krei selmomenten MH der entsprechenden Achsen auftritt.
    2. Magnetlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzkopplungsverstärker (28, 29) Proportionalverstärker sind.
    3. Magnetlager nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Anwendung als Lager eines Schwungrads eines schwungradstabilisierten Satelliten.
    4. Magnetlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang jedes Regel verstärkers (26 oder 27) über je einen Kreuzkopplungsverstärker (28 oder 29) mit dem Ausgang des anderen Regelverstärkers (27 oder 28) verbunden ist.
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    公开号 | 公开日 | 专利标题
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
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    法律状态:
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    1984-01-19| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): FR GB Designated state(s): FR GB |
    1984-01-26| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1983902090 Country of ref document: EP |
    1984-07-11| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1983902090 Country of ref document: EP |
    1989-06-14| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1983902090 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE3224887||1982-07-03||JP50220483A| JPS59500979A|1982-07-03|1983-07-01||
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