DE3130974A1

DE3130974A1 - Magnetic bearing

Info

Publication number: DE3130974A1
Application number: DE19813130974
Authority: DE
Inventors: Hermann Ing.(grad.) 6900 Heidelberg Berger; Karl Ludwig Dipl.-Ing. 6905 Schriesheim Eiffert
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1983-02-24

Abstract

The invention relates to a magnetic bearing, in which the rotor (1) is borne in the axial and radial direction by means of permanent magnets (4 - 11). A control device, which drives electromagnets arranged on the stator, is provided in order to hold the rotor in the stable balanced position formed by the permanent magnets. A speed sensor, which senses the rotor speed in one direction, is provided for sensing the rotor position. When the rotor is suspended in the desired position, the control current is virtually zero. According to the invention, the control device consists of a proportional-differential controller with positive feedback. <IMAGE>

Description

Magnetlager Die Erfindung betrifft ein Magnetlagers enthaltend einen Rotor und je eine in radialer und axialer Richtungwirkende de Lagereinrichtung, wobei wenigstens eine der Lagereinrichtungen destabilisierende Komponenten in um 1800 verschiedene Richtungen aufweist und wenigstens eine auf Bewegungen in diese Richtungen ansprechenden Geschwindigkeitssensor, eine daran angeschaltete Regeleinrichtung sowie wenigstens einen von dieser Regeleinrichtung angesteuerten Elektromagneten zur Erzeugung von Rotorbewegungen enthält wobei die Regeleinrichtung derart aufgebaut ists daß in der Sollage des Rotors der Strom für den wenigstens einen Elektromagneten wenigstens näherungsweise Null ist. Magnetic bearing The invention relates to a magnetic bearing containing a Rotor and one bearing device each acting in a radial and an axial direction, wherein at least one of the storage devices has destabilizing components in µm 1800 different directions and at least one on movements in these Direction responsive speed sensor, a control device connected to it and at least one electromagnet controlled by this control device for generating rotor movements, the control device being constructed in this way is that in the nominal position of the rotor the current for the at least one electromagnet is at least approximately zero.

Ein solches Magnetlager ist aus der US-PS 3 791 704 bekannt0 Bei diesem Lager ist ein Rotor mit permanentmagnetischen Stirnflächen zwischen zwei den Stirnflächen gegenüberliegenden Permanentmagneten gelagert, welche auf die Permanentinagnete des Rotors jeweils eine anziehende Kraftwirkung ausüben.Such a magnetic bearing is known from US Pat. No. 3,791,704 Bearing is a rotor with permanent magnetic end faces between two of the end faces opposite permanent magnets stored, which on the permanent magnets of the rotor exert an attractive force.

Durch geeignete Ausbildung dieser Magnete wird eineStabilisiebung in radialer Richtung erreichte in axialer Richtung ist-die Lagerung destabil, wobei in einer bestImmten Rotor lage ein indifferentes Gleichgewicht bestehtAufgabe einer mittels Elektromagneten aufgebauten Regelung ist es, den Rotor in dieser Lage zu halten. Dies wird dadurch erreichte daß diese Elektromagnete auf den Rotor axial gerichtete Kräfte ausüben, welche mittels einem die Axialgeschwindigkeit des Rotors sensierendes Element und einer Regeleinrichtung variiert werden können. Um den Ansteuerstrom der Elektromagnete möglichst gering zu halten bzw0 um zu erreichen, daß im geregelten Zustand nahezu kein Strom fließt, sind zwei weitere Permanentmagnete vorgesehen, mit welchen der Rotor in axialer Richtung mit Kräften beaufschlagt wird, die äußere Kräfte, z.B. statische Belastungen des Rotors oder auch die Schwerkraft des Rotors selbst kompensieren. Diese Permanentmagnete werden mittels eines Motors und der Regelschaltung in axialer Richtung je nach äußerer Belastung verschoben, so daß die Elektromagnete trotz unterschiedlicher Rotorbelastung nur in einem kleinen Bereich um den indifferenten Gleichgewichtspunkt wirksam sind bzw. Kräfte ausüben.By properly designing these magnets, a stabilizing sieve is obtained Reached in the radial direction in the axial direction-the storage is unstable, whereby There is an indifferent equilibrium in a certain rotor position by means of electromagnets built up regulation is to the rotor in this position keep. This is achieved thereby that these electromagnets on exert axially directed forces on the rotor, which by means of an axial speed the rotor sensing element and a control device can be varied. In order to keep the control current of the electromagnets as low as possible or to achieve that almost no current flows in the regulated state, are two additional permanent magnets provided with which the rotor is subjected to forces in the axial direction, the external forces, e.g. static loads on the rotor or the force of gravity compensate the rotor itself. These permanent magnets are powered by a motor and the control circuit shifted in the axial direction depending on the external load, so that the electromagnets in spite of different rotor loads only in a small Area around the indifferent equilibrium point are effective or exert forces.

Es ist ersichtlich, daß ein großer Aufwand nötig ist, um die unter dem Begriff "Zero-power" bekannte Regelung zu verwirklichen. Ein weiterer Nachteil dieser Antrinung ist die relativ große Trägheit des Regelmotors, welcher die zusätzlichen Permanentmagnete entsprechend den äußeren Belastungen einstellt. Dynamische Belastungen können hiermit nicht kompensiert werden und führen somit zti einer Erhöhung des Ansteuerstromes der Elektromagnete.It can be seen that a great deal of effort is required to understand the to realize the regulation known as "zero power". Another disadvantage this drive is the relatively large inertia of the control motor, which the additional Adjusts permanent magnets according to the external loads. Dynamic loads cannot be compensated for and thus lead to an increase in the Control current of the electromagnet.

Weiterhin ist aus der DE-OS 28 18 255 eine Magnetlagerung bekannt, bei welcher die Sollposition des Rotors mittels eines Positionssensors erfaßt wird und eine Regeleinrichtung in Verbindung mit Elektromagneten den Rotor in die Nullage einregelt. Diese Art der Regelung erfordert jedoch eine hohe Sensorgenauigkeit una bewirkt bei äußeren Belastungen einen Regelstrom, welcher entsprechend dieser Belastung eine gegengerichtete, elektromagnetische Kraft erzeugt.Furthermore, a magnetic bearing is known from DE-OS 28 18 255, in which the target position of the rotor is detected by means of a position sensor and a control device in connection with electromagnets the rotor in the zero position regulates. However, this type of regulation requires a high level of sensor accuracy causes a control current in the case of external loads, which corresponds to this load generates an opposing electromagnetic force.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit möglichst gc-'ug.The object of the invention is, with the most possible gc-'ug.

teln eine Magnetlagerung zu schaffen, welse auch t;i wecnselnder, äußerer Belastung sich so einstellt C ,elstrom der Elektromagnete nahezu Null ist Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Regeleinrichtung einen PD-Regler mit positiver Rückkopplung enthält, m.to create a magnetic bearing, catfish also t; i alternating, external load so adjusts C, elcurrent of the electromagnet is almost zero This object is achieved in that the control device has a PD controller contains positive feedback, m.

dessen Eingang der Geschwindigkeitssensor verbunden ist. In vorteilhafter Weise besitzt der PD-Regler eineii hohen Velstärkungsfaktor, wodurch kurze Regelzeiten bzw eine geringe Einschwingdauer erreicht wird.whose input the speed sensor is connected. In advantageous The PD controller has a high amplification factor, which means short control times or a short settling time is achieved.

Der Geschwindigkeitssensor kann aus einer auf einem fest--stehenden Teil angeordneten einfachen Spule bestehen, in welcher z.B. in Art eines Tauchspulensystems mittels auf dem Rotor angeordneten Magneten eine Spannung proportional der Relativgeschwindigkeit zwischen Rotor und dem feststehenden Teil induziert wird. Diese Spule besitzt einen hohen ohmschen Widerstand und eine große Induktivität, wodurch in Verbindung mit dem Netzwerk des PD-Reglers auch ein integraler Regelanteil bzw. eine PID-Regelung bewirkt wird Eine vortellhafte Weiterbildung der Erfindung besteht aarin, daß zur Einleitung des Schwebevorgangs eine Einrastautomatik vorhanden ist, welche das Ausgangssignal des PD-Reglers wechselweise umschaltet und zwar so lange, bis das Ausgangssignal ein Einschwingen des Rotors in die Sollage bewirkt d.h. der Rotor den Schwebezustand erreicht hat Diese Einrastautomatik kann dadurch aktiviert werden, daß der durch die Elektromagneten fließende Strom sensiert wird und lediglich nach Überschreiten einer vorgegebenen Schwelle für eine gegebene Zeit das Auslösesignal bewirkt Diese Schwelle wird vorteilhafterweise mittels eines Fensterdiskriminators oder eines Schwellwertschalters hergestellt Zur Vermeidung von Fehlsignalen ist in günstiger Weise eine mono- stabile Kippstufe bzw. ein Zeitglied so angeordnet, daß der Strom erst eine hiermit voreingestellte Zeit die Schwelle überschreiten muß, um das Auslösesignal für die Umschaltung des PD-Reglers zu bewirken.The speed sensor can consist of a stationary Partly arranged simple coil exist, in which e.g. in the manner of a moving coil system a voltage proportional to the relative speed by means of magnets arranged on the rotor is induced between the rotor and the stationary part. This coil has a high ohmic resistance and a large inductance, which in conjunction with the network of the PD controller also includes an integral control component or a PID control An advantageous development of the invention consists aarin that for Initiation of the hovering process, there is an automatic locking mechanism that controls the output signal of the PD controller switches alternately until the output signal a swinging of the rotor into the target position causes the rotor to hover has reached This automatic locking mechanism can be activated by pressing the the electromagnet flowing current is sensed and only after exceeding it A predetermined threshold for a given time causes the trigger signal Threshold is advantageously by means of a window discriminator or a Threshold switch manufactured To avoid false signals is cheaper Way a mono- stable multivibrator or a timing element arranged in such a way that the current does not exceed the threshold until a preset time must in order to cause the trigger signal for switching the PD controller.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in die Signalleitung zwischen PD-Regler und Verstärkeranordnung ein Schalter z.B. in der Art eines Relais oder eines Handschalters eingefügt, mit welchem während dem Umschalten des PD-Reglers oder zum Stillsetzen des Rotors diese Signalleitung unterbrochen wird.According to a development of the invention is in the signal line between PD controller and amplifier arrangement a switch e.g. in the manner of a relay or of a manual switch inserted, with which during switching of the PD controller or this signal line is interrupted to stop the rotor.

In besonders einfacher Weise ist ein Abgleich des Ausgangssignals des Reglers auf 0 V im Schwebezustand des Rotors dadurch möglich, daß ein Trirniapotentiometer vorgesehen ist, mit welchem ein Abstimmen der gesamten Regeleinrichtung mög-.A comparison of the output signal is particularly simple of the controller to 0 V in the floating state of the rotor possible by using a tri-potentiometer is provided with which a coordination of the entire control device is possible.

lich ist.is lich.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment explained.

Es zeigen Fig. 1 - eine Magnetlageranordnungmit Blockschaltbild des Magnetlagerregelkreises, Fig. 2 - ein Schaltbild von Regler und Stromendstufe Fig. 3 - ein Blockschaltbild der Einrastautomatik Die Prinzipdarstellung des Magnetlagers zeigt in Fig. 1 einen langgestreckten Rotor 1, welcher innerhalb eines Stators 2 um eine Achse drehbar angeordnet ist. An beiden Rotorenden sind die einander im wesentlichen twntsprechenden magnetischen Lageranordnungen vorgesehen, enthaltend auf dem Rotor 1 angeordnete Permanentmagnetringe 4 - 7. Die Permanentmagnetringe 4 - 7, welche gegebenenfalls auch als Scheiben ausgebildet sind, sind jeweils in Richtung der Achse 3 magnetisiert, wobei die jeweils nebeneinanc@@ li@@@rie@ @@@-ge die entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung aufwei@@@, wie es durch die Pfeile angedeutet ist. Auf dem siiator 2 sind Permanentmagnetringe 8 - ii vorgesehen, welche ebensc wie die Ringe des Rotors 1 in axialer Richtung magnetisiert sind, wobei ein axialer ringförmiger Luftspalt 13 vorhanden ist.1 shows a magnetic bearing arrangement with a block diagram of FIG Magnetic bearing control circuit, Fig. 2 - a circuit diagram of the controller and current output stage Fig. 3 - a block diagram of the automatic locking mechanism. The schematic diagram of the magnetic bearing FIG. 1 shows an elongated rotor 1 which, inside a stator 2 is arranged rotatably about an axis. At both rotor ends they are in each other essential two corresponding magnetic bearing assemblies provided containing Permanent magnet rings 4 - 7 arranged on the rotor 1. The permanent magnet rings 4-7, which may also be designed as disks, are each shown in FIG Direction of the axis 3 magnetized, whereby the next one @@ li @@@ rie @ @@@ - ge the opposite direction of magnetization onwei @@@, like it is indicated by the arrows. Permanent magnet rings 8 - ii provided, which ebensc as the rings of the rotor 1 magnetized in the axial direction are, with an axial annular air gap 13 is present.

In der dargestellten Sollposition des Rotors 1 befinden sich die schmäleren Permanentmagnerringe 8 - 11 jeweils in der gleichen Radialebene wie die zugehörigen Permanentmagnetringe 4 - 7, wobei jeweils die Mitten zueinander fluchten. Aufgrund der angegebenen Magnetisierung verlaufen die magnetiaschen Feldlinien im Luftspalt 13 im Bereich der Berührungsflächen der Permanentmagnetringe 4 - 7 im wesentlichen in radialer Richtung. Da auch die Permanentmagnetringe 8 - 11 in gleicher Weise magnetisiert sind, wird der Rotor 1 durch die abstoßenden Magnetkräfte in radialer Richtung passiv stabilisiert. Es ist ersichtlich, daß in axialer Richtung destabilisierende Kräfte auf den Rotor 1 wirksam werden wenn der Rotor von der Sollposition abweicht. Es sind daher auf dem Stator 2 neben bzw. zwischen den Permanentmagnetringen 8 - 11 elektrische Ringwicklungen 14 - 18 volgesehens welche über eine weiter unten näher beschriebene Regeleinrichtung angesteuert werden.The narrower ones are in the desired position of the rotor 1 shown Permanent magnet rings 8-11 each in the same radial plane as the associated Permanent magnet rings 4 - 7, the centers in each case being aligned with one another. Because of With the specified magnetization, the magnetic field lines run in the air gap 13 in the area of the contact surfaces of the permanent magnet rings 4-7 in the radial direction. Since the permanent magnet rings 8-11 in the same way are magnetized, the rotor 1 is radially due to the repulsive magnetic forces Direction passively stabilized. It can be seen that destabilizing in the axial direction Forces on the rotor 1 become effective when the rotor deviates from the target position. There are therefore on the stator 2 next to or between the permanent magnet rings 8 - 11 electrical ring windings 14 - 18 as a whole, which one below control device described in more detail are controlled.

Die Ringwicklungen 14 - 18 sind bevorzugt in U-förmigen Ringen 24 - 28 aus Weicheisen angeordnet, welche zum Luftspalt 13 bzw. zum Rotor 1 geöffnet sind. Somit werden in vorteilhafter Weise die magnetischen Flüsse der Permanentmagnetringe bzw der Ringwicklungen gefuhrt bzw. die magnetischen Widerstände der magnetischen Kreise verringert.The ring windings 14 - 18 are preferably in U-shaped rings 24 - 28 made of soft iron, which opens to the air gap 13 or to the rotor 1 are. Thus, the magnetic fluxes of the permanent magnet rings are advantageously or the ring windings or the magnetic resistances of the magnetic Circles decreased.

Wie oben bereits angegeben, ist am anderen Rotorende eine entsprechende Lageranordnung vorgesehen0 In der Mitte ist ein elektrischer Antriebsmotor 30 vorgesehen, enthaltend auf dem Rotorumfang eine Anzahl radial magnetisierter Permanentmagnete 31 mit in Umfangsrichtung wechselnden Polaritäten. Auf dem Stator 2 ist eine mehrphasige Antriebswicklung 32 vorgesehen, welche in einen eisenfreien Statorkörper 33 eingelegt ist. Ein solcher eisenloser Antriebsmotor 30 ist in Verbindung mit der beschriebenen magnetischen Lageranordnung von besonderem Vorteil, da außer dem erforderlichen Antriebsdrehmoment praktisch keine weiteren Kräfte auf den Rotor einwirken, welche anderenfalls auch noch von der magnetischen Lageranordnung aufgenommen werden müßten.As already stated above, there is a corresponding one at the other end of the rotor Bearing arrangement provided 0 An electric drive motor 30 is provided in the middle, containing on the Rotor circumference a number of radially magnetized Permanent magnets 31 with polarities changing in the circumferential direction. On the stator 2, a multi-phase drive winding 32 is provided, which is converted into an iron-free Stator body 33 is inserted. Such an ironless drive motor 30 is connected with the described magnetic bearing arrangement of particular advantage, since besides the required drive torque practically no further forces on the rotor act, which would otherwise also be absorbed by the magnetic bearing assembly would have to be.

Damit der Rotor 1, insbesondere in axialer Richtung nicht zu weit aus der Sollposition ausgelenkt werden kann, weist der Rotor an den Enden einen Flansch 36 und eine abnehmbare Scheibe 37 auf0 Diesen sind auf dem Stator 2 unter Bildung von kleinen Ringspalten 38, 39 zugeordnet, so daß durch die derart ausgebildeten Anschläge die Bewegungen des Rotors 1 begrenzt werden.So that the rotor 1, especially in the axial direction, not too far can be deflected from the target position, the rotor has a at the ends Flange 36 and a removable disc 37 on top of these are on the stator 2 below Associated formation of small annular gaps 38, 39, so that by the thus formed The movements of the rotor 1 are limited by stops.

Anstelle des Flansches 36 wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Spinnrotor einer Openend-Spinnmaschine vorgesehen. Für die Ringe 38S 39 ist ein Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften, wie z.B. Teflon vorgesehen, sc dan eine zuverlässige Notlagerung des Rotors 1 geschaffen ist und Beschädigungen selbst dann vermieden werden, wenn infolge von Störungen oder bei der Inbetriebnahme in den Wicklungen 14 - 18 kein Strom fließt. Derartige Anschläge können gegebenenfalls auch nur an einem Rotorende vorgesehen werden, wobei durch entsprechende Ausbildung Rotorbewegungen in beiden Richtungen begrenzt werden.Instead of the flange 36, in a preferred embodiment the spinning rotor of an open-end spinning machine is provided. For the rings 38S 39 is A material with good sliding properties, such as Teflon, is intended, then a reliable emergency storage of the rotor 1 is created and damage even then be avoided if as a result of malfunctions or during commissioning in the Windings 14-18 no current flows. Such attacks can optionally can also only be provided at one end of the rotor, with appropriate training Rotor movements are limited in both directions.

Die Lageranordnung an dem-rechten Rotorenle der Zeichnung entspricht im wesentlichen der oben ausführlich beschriebenen, so daß nachfolgend nur die Unterschiede erläutert werden. Die beiden äußeren Permanentmagnetringe 40, 41 sind in axialer Richtung stärker ausgefuhrt und zwar derart, daß die äußeren Stirnflächen 42, 43 jeweils in der gleichen Radialebene iegen wie die der zugeordneten Permanentmagnetringe des Rotors 1. Auf diese Weise wird das Magnetvolumen erhäht und ein günstiger Feldverlauf in dem genannten Bereich erhalten Das anhand der Zeichnung erläuterte Ausführungsbeispiel enthält zwei magnetische Lageranordnungen an den beiden BAden eines langgestreckten Rotors, wobei jeweils ein radialer5 ringförmiger Luftspalt vorhanden ist0 Es ist hervorgehobens daß die Erfindung nicht auf eine derartige Anordnung beschränkt ist, sondern daß bei einem entsprechend ausgebildeten Rotor auch eine einzige derartige Lageranordnung vorgesehen sein kann. Ferner betrifft die Erfindung Anordnungen mit jeweils nur einem Permanentmagneten auf dem Stator bzw Rotor Entscheidend ist aber, daß zusätzlich noch wenigstens eine elektrische Wickliing, insbesondere auf dem Stator vorgesehen isty um zusammen mit dem anderen Permanentmagneten eine im wesentlichen in axialer Richtung wirkende und regelbare Eraftkomponente auf den Rotor zu erzeugen.The bearing arrangement on the right rotor shaft corresponds to the drawing essentially as described in detail above, so that only the differences below explained. The two outer permanent magnet rings 40, 41 are in the axial Direction executed more strongly in such a way that the outer End faces 42, 43 each lie in the same radial plane as that of the associated permanent magnet rings of the rotor 1. In this way, the magnet volume is increased and a favorable field profile obtained in the range mentioned The exemplary embodiment explained with reference to the drawing contains two magnetic bearing assemblies on the two BAden of an elongated one Rotor, with a radial5 annular air gap in each case0 It is emphasized that the invention is not limited to such an arrangement, but that with a correspondingly designed rotor also a single such Bearing arrangement can be provided. The invention also relates to arrangements only one permanent magnet at a time on the stator or rotor, however, it is crucial that that in addition at least one electrical winding, especially on the Stator is provided to together with the other permanent magnet one substantially to generate a controllable force component acting in the axial direction on the rotor.

Zur Regelung der axialen Lage des Rotors in die Sollage ist ein Geschwindigkeitssensor 44 in geeigneter Weise an den Flansch 36 befestigt. Das Signal dieses Sensors gelangt in einen Regler 45, welcher ein entsprechendes Ausgangssignal abgibt. Dieses wird über einen Schalter 46 einer Verstärkerstufe 47 zugeführt, welche einen dem Signal entsprechenden Steuerstrom den Ringwicklungen 14 - 18 zuführt Der Regler 45 ist ein PD-Regler mit positiver Rückkopplung0 Bei Inbetriebnahme der Magnetlageranordnung kippt die Ausgangsspannung des Reglers 45 in eine willkürliche Maximal-Lage, da zu diesem Zeitpunkt noh- kein Signal von Sensor 44 anliegt Mittels des Verstärkers 47 wird ein der Ausgangs spannung proportionaler Strom erzeugt, d.h. der Strom ist ebenfalls ein Maximalstrom mit negativer oder positiver Richtung0 Da der Rotor 1 ebenfalls in einer willkürlichen und vom Sensor 44 nicht erfaßbaren Endlage liegt, kann der Strom u.U. keine Bewegung des Rotors in Richtung der Sollage bewirken, sondern im Gegenteil die Kraft der Permanentmagnete in die Rotorendlage verstärker. Aus diesem Grunde ist eine Einrastautomatik 48 vorgesehen, welche den Steuerstrom sensiert und, wenn der Strom eine bestimmte Schwelle eine vorgegebene Zeit überschreitet, - welches dann der Fall ist, wenn der in eine bestimmte Richtung fließende Strom keine Lageverschiebung des Rotors bewirkt - einen Setzimpuls an den Regler 4.5 abgibt, welcher eine Vorzeichenumkehr des Ausgangssignals bewirkt.A speed sensor is used to regulate the axial position of the rotor in the target position 44 attached to flange 36 in a suitable manner. The signal from this sensor arrives into a controller 45, which emits a corresponding output signal. This will via a switch 46 to an amplifier stage 47, which one to the signal The regulator 45 is a PD controller with positive feedback 0 when starting up the magnetic bearing arrangement the output voltage of the regulator 45 switches to an arbitrary maximum position, there at this point in time no signal from sensor 44 is present by means of the amplifier 47 a current proportional to the output voltage is generated, i.e. the current is also a maximum current with negative or positive direction 0 Since the rotor 1 likewise in an arbitrary manner and not from the sensor 44 detectable End position, the current may not be able to move the rotor in the direction of the target position cause, on the contrary, the force of the permanent magnets in the rotor end position amplifier. For this reason, an automatic locking mechanism 48 is provided, which the Control current sensed and, if the current exceeds a certain threshold, a predetermined one Time exceeds - which is the case when the in a certain direction flowing current does not cause a position shift of the rotor - a set pulse on the controller 4.5 outputs, which causes a sign reversal of the output signal.

Während diesem Vorgang wird mittels eines weiteren Ausgangssignals der Einrastautomatik ein Schalter 46 betätigt, der die Signalleitung zwischen Regler und Verstärker während der Umschaltzeit unterbricht.During this process, another output signal the automatic locking mechanism actuates a switch 46 that controls the signal line between the controller and amplifier interrupts during the switchover time.

In Fig. 2 ist der Schaltungsaufbau von Regler und Verstärker dargestellt.In Fig. 2, the circuit structure of the controller and amplifier is shown.

Der Geschwindigkeitssensor 44a, welcher aus einer Spule besteht, in die eine der Pxialgeschwindigkeit des Rotors 1 proportionale Spannung induziert wird, ist über den Widerstand 49 mit dem invertierenden Eingang 58 eines Operationsverstärkers 57 verbunden, Ein Netzwerk, bestehend aus c2nWiderständen 49, 52 und den Kondensatoren 502 51 bildet mit dem Ausgang 60 und dem Eingang 58 des Operationsverstärkers 57 verbunden einen PD-Regler. Über einen Widerstand 53, welcher ebenfalls am. Eingang 58 angeschlossen ist, kann bei Inbetriebnahme des Magnetlagers ein positiver oder negativer Impuls, welcher mittels der Einrastautomatik initiiert wird, gelangen, wodurch die von dem Operationsverstärker erzeugte Ausgangsspannung positiv oder negativ wird.The speed sensor 44a, which consists of a spool, in which induces a voltage proportional to the axial speed of the rotor 1 is, is via the resistor 49 to the inverting input 58 of an operational amplifier 57 connected, a network consisting of c2n resistors 49, 52 and the capacitors 502 51 forms with the output 60 and the input 58 of the operational amplifier 57 connected to a PD controller. Via a resistor 53, which is also at the input 58 is connected, a positive or negative impulse, which is initiated by means of the automatic locking mechanism, arrive, whereby the output voltage generated by the operational amplifier is positive or becomes negative.

Um die Stabilität der Regelung des Rotors zu erreichen, ist eine positive Rückkopplung vorgesehen, wobei der Ausgang des Operationsverstärkers über einen Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 54 und 55, mit dem positiven Eingang 59 verbunden ist.To achieve the stability of the regulation of the rotor is a positive one Feedback provided, the output of the operational amplifier via a Voltage divider, consisting of resistors 54 and 55, with the positive input 59 connected is.

Mittels eines Trimmpotentiometers 56 kann die Arsgane spannung im Schwebezustand des Rotors welcher mit der von den Permanentmagneten erzeugten instabilen Lage identisch ist, auf Null abgeglichen werden, so daß der Ansteuerstrom der Ringwicklungen 14 - 18 in diesem Zustand nahezu Nuil wird (Zero-Power").By means of a trimming potentiometer 56, the Arsgane voltage in the Levitation state of the rotor which is unstable with that generated by the permanent magnets Position is identical, can be adjusted to zero, so that the control current of the ring windings 14 - 18 becomes almost Nuil in this state (zero power ").

Das Ausgangssignal 60 des Operationsverstärker 57 gelangt über einen von einem Relais der Einrastautomatik angesteuerten Schalter 46 und über einen Handschalter 61 zu dem Eingang 64 des Verstärkers 47. Dieser Verstärker erzeugt einen der Eingangsspannung proportionalen Avsgangsstrem ip welcher zur Ansteuerung der Ringwicklungen 14 - 18 dient Eine Parallelschaltung von Widerstand 62 und Kondensator 63 ist zwischen die Ringwicklungen und Masse geschaltet Zur Strom-Gegenkopplung ist zwischen Widerstand 62 und einem weiteren Eingang 65 des Verstärkers 47 eine Rückführleitung geschaltet. Ein Signalanteil des Stromes i wird weiterhin mittels der Leistung 66 herausgeführt und dient zur Aktivierung der Einrastautomatik 48.The output signal 60 of the operational amplifier 57 passes through a A switch 46 controlled by a relay of the automatic latching mechanism and via a manual switch 61 to the input 64 of the amplifier 47. This amplifier generates one of the input voltage proportional avsgangsstrem ip which is used to control the ring windings 14 - 18 is used A parallel connection of resistor 62 and capacitor 63 is between the ring windings and ground are connected to the current negative feedback is between resistor 62 and a further input 65 of the amplifier 47, a feedback line is connected. A signal component of the current i is still led out by means of the power 66 and is used to activate the automatic locking mechanism 48.

In Fig. 3 ist die Einrastautomatik 48 im Blockschaltbild dargestellt.In Fig. 3, the automatic locking mechanism 48 is shown in a block diagram.

Ein Fensterdiskriminator 67, dessen Eingang mit dem Strom pfad 66 der Ringwicklungen verbunden istS liegt mit seinem Ausgang an einem Eingang eines UND-Gatters 68 und an einer monostabilen Kippstufe 69. Zur Anzeige des Schwebevorganges ist ebenfalls an den Ausgang des Fensterdiskriminators eine Leuchtdiode 70 angeschlossen. Der Ausgang der monostabilen Kippstufe 69 ist mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 68 verbunden. Ausgangsseitig wird das UND-Gatter-Signal an den Setz-Eingang einer bistabilen Kippstufe 72 und an einen Bio närteiler 71 geleitet. Die Ausgangssignale Q und Q* des Bi- närteilers betätigen Schalter 73, 74. Die Ausgänge der Schalteinrichtung 75 werden einem weiteren Schalter 76 zugeführt, welcher von dem Ausgangssignal einer weiteren monostabilen Kippstufe 77 betätigt wird. Der Q-Ausgang der bistabilen Kippstufe 72 betätigt den Trennschalter 46. Der invertierende Ausgang Q der bistabilen Kippstufe ist mit zwei in Reihe geschalteten monostabilen Kippstufen 77, 79 verbunden, deren Ausgangssignal auf dem Rücksetzeingang der Kippstufe 72 geschaltet ist.A window discriminator 67, whose input is connected to the current path 66 The output of the ring windings is connected to an input of a AND gate 68 and a monostable trigger stage 69. To display the hovering process a light-emitting diode 70 is also connected to the output of the window discriminator. The output of the monostable multivibrator 69 is connected to the second input of the AND gate 68 connected. On the output side, the AND gate signal is sent to the set input of a bistable flip-flop 72 and passed to a bio närteiler 71. The output signals Q and Q * of the bi actuate switch 73, 74. The outputs the switching device 75 are fed to a further switch 76, which is controlled by the output signal of a further monostable multivibrator 77 is actuated. The Q output the bistable flip-flop 72 actuates the isolating switch 46. The inverting output Q of the bistable multivibrator has two monostable multivibrators connected in series 77, 79, whose output signal is on the reset input of flip-flop 72 is switched.

Nachfolgend ist die Wirkungsweise der Einrastautomatik beschrieben.The function of the automatic locking mechanism is described below.

Kippt die Reglerausgangsspsnnung des Reglers 4= in eine Lage, in welcher der Strom durch die Rindwicklungen 14 - 18 eine Richtung aufweist, die entgegengesetzt der für die Einleitung des Schwebevorganges des Rotors 1 benötigte Richtung ist, dann entsteht kein Geschwindigkeitssignal am Rotor, der Strom i bleibt konstant. Dieser Strom wird mittels des Fensterdiskriminators 67 sensiert und erzeugt, falls er eine bestimmte Schwelle sowohl in negativer wie in positiver Richtung übersteigt, am Ausgang der Schaltung 67 eine Abflanke, die dann ein Ausgangssignal am UNIJ-Gatter 68 bewirkt, wenn ein Rücksetzimpuls von der monostabilen Kippstufe 69 erfolgt, wobei die Kippstufe 69 ebenfalls von der Abflanke der Schaltung 67 aktiviert wird. Durch die Verzögerung des Ausgangssignals der monostabilen Kippstufe 69 wird erreicht, daß der den Schwellwert überschreitende Strom i eine bestimmte Zeit anstehen muß, um die Einrastautomatik 48 zu aktivieren. Hiermit werden Fehlauslösungen der Automatik vermieden. Solange der Ausgang des Fensterdiskriminators durch den Strom aktiviert einen O-Pegel aufweist, bleibt die Leuchtdiode 70 ausgeschaltet und zeigt erst bei einer Schwellwertunterschreitung des Stromes i den Schwebezustand an. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 68 bewirkt ein Setzen der bistabilen Kippstufe 72, deren Ausgangssignal Q den Trennschalter 46 betä- tigt, welcher dann die Signalleitung zwischen Regler 45 und Verstärker 47 trennt. Dadurch wird erreicht, daß der Ausgangsstrom des Verstärkers Null wird Das Q-Signal der Kippstufe 72 bewirkt an einem Monoflop 77 ein verzögertes Ausgangssignal, welches über das weitere Monoflop 79 eine zweite Verzögerung erfährt. Dieses Signal setzt die bistabile Kippstufe zurück, wodurch der Schalter 46 wieder geschlossen wird. Das Ausgangssignal des UND-Gatters -68 betätigt weiterhin einen Teiler 71, dessen Ausgangssignal bei jedem Eingangsimpuls seinen Pegel ändert Mittels dieser Anordnung wird erreicht, daß wechselweise Schalter 73 und Schalter 74 der Schaltvorrichtung 75 geschlossen wird, wodurch abwechselnd eine positive oder eine negative Spannung, + U o.der - U, an dem Ausgang der Schaltvorrichtung 75- anliegt. Dieses Signal gelangt dann über den Schalter 76 an den Regler 45 bzw. den Eingang 58 des Operationsverstärkers 57, wodurch dieser entsprechend dem Vorzeichen der Signalspannung die Ausgangsspannung ändert und somit auch nach Schließen des Schalters 46 der Ansteuerstrom i seine Richtung ändert, wodurch letztendlich eine der Permanentmagnekraft engegengerichtete Kraft mittels der Ansteuerspulen 14 - 18 erreicht wird und den Rotor ir den Schwebezustand bringt. Der Schalter 76 wird lediglich kurzzeitig beim Anstehen eines Ausgangssignals an Monoflop 77 geschlossen, um ein Einschwingen des Rotors in die Sollage nicht zu blokkieren.Tilts the controller output voltage of controller 4 = into a position in which the current through the cow windings 14-18 has a direction which is opposite is the direction required to initiate the hovering process of rotor 1, then there is no speed signal at the rotor, the current i remains constant. This current is sensed by means of the window discriminator 67 and, if so, generated it exceeds a certain threshold in both a negative and a positive direction, at the output of circuit 67 a falling edge, which is then an output signal at the UNIJ gate 68 causes when a reset pulse occurs from the monostable multivibrator 69, wherein the flip-flop 69 is also activated by the flank of the circuit 67. By the delay of the output signal of the monostable multivibrator 69 is achieved, that the current i exceeding the threshold value must be present for a certain time, to activate the automatic locking mechanism 48. This prevents the automatic system from being triggered incorrectly avoided. As long as the output of the window discriminator is activated by the current has an 0 level, the light-emitting diode 70 remains switched off and only shows at if the current i falls below the threshold value, it indicates the floating state. The output signal of the AND gate 68 causes the bistable flip-flop 72, its output signal, to be set Q operate the circuit breaker 46 tigt, which then the signal line between controller 45 and amplifier 47 separates. This ensures that the output current of the amplifier becomes zero. The Q signal of the flip-flop 72 causes a monoflop 77 a delayed output signal, which via the further monoflop 79 a second Experiences delay. This signal resets the bistable multivibrator, whereby the switch 46 is closed again. The output of the AND gate -68 further actuates a divider 71, the output of which at each input pulse changes its level By means of this arrangement it is achieved that alternately switches 73 and switch 74 of the switching device 75 is closed, whereby alternately a positive or a negative voltage, + U or - U, at the output of the switching device 75- is present. This signal is then sent via switch 76 to controller 45 or the input 58 of the operational amplifier 57, whereby it corresponds to the sign the signal voltage changes the output voltage and thus also after closing the Switch 46 the drive current i changes its direction, which ultimately a The force in the opposite direction to the permanent magnetic force by means of the control coils 14 - 18 is reached and the rotor ir brings the levitation state. The switch 76 is only closed briefly when there is an output signal at monoflop 77, in order not to block the rotor from swinging into the target position.

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Claims

Claims 1. Magnetic bearing, containing a rotor and one each bearing device acting in the radial and axial directions, at least one of the storage facility destabilizing components in around 1800 different directions and at least one speed responsive to movements in these directions sensor, a control device connected to it and at least one of these Control device controlled electromagnets to generate rotor movements contains, wherein the control device is constructed such that in the target position of the Rotor the current for len at least one electromagnet at least approximately Is zero, characterized in that the control device is a PD controller with positive Contains feedback to whose input the speed sensor is connected.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the PD controller has a high gain factor.

3. Circuit arrangement according to claim t or 2, characterized in that that the speed sensor is formed by means of an electromagnetic coil which is an induction voltage proportional to the speed of the rotor generated.

4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that that an automatic locking mechanism is available to initiate the levitation state, which the PD controller with switching signals to generate alternating polarity of the PD controller output signal is supplied until the rotor is in suspension.

5. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the automatic locking mechanism has a penster discriminator, which the through the Winding of the electromagnet senses flowing current and after exceeding it a threshold for a given time, the automatic latching on the switchover signal the controller releases.

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that a monostable multivibrator is present, which is activated when the through The current flowing through the winding of the electromagnet exceeds the threshold and after the given time the switching signal time is generated.

7. Circuit arrangement according to one of claims 5 to 6, characterized in that that a switch is present, which by means of the switching signal of the automatic latching is controlled and the connection of the PD controller to the amplifier arrangement during interrupts a certain time.

8. Circuit arrangement according to one of claims 5 to 7, characterized in that that a levitation display device is provided to display the levitation state of the rotor is, which when falling below a predetermined threshold of the control current the electromagnet emits a signal.

9. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that that a trimming potentiometer is provided with which the output signal of the controller is adjusted to almost zero V in the floating state of the rotor0