DE2544726C2 - Störkomponentenunterdrückung bei der magnetischen Radiallagerung eines Rotors - Google Patents

Description

Die Erfindun_ö bezieht sich auf eine Störkomponentenunterdrückung bei der magne'-schen Radiallagerung eines Rotors nach Oberbegriff des Anspruches I.

Aus der DE-OS 24 00 802 ist e'w.r solche Störkompo- r> nentenunterdrückung bekannt. Diese weist in einer Radialebene vier Sensorpaare auf. die in einer festen Winkelbeziehung zueinander angeordnet sind, wobei die Sensorsignale der einzelnen Sensoren algebraisch addiert bzw. subtrahiert werden. Die genannten -ίο Störkomponenten-Kompensation vermag aufgrund der besonderen Anordnung der Sensoren lediglich die Störkomponenten bezogen auf die Umlauffrequenz dis Rotors höherer Ordnung zu unterdrücken. Beispielsweise durch Rotorunwucht bedingte Auslenkungen des -t> Rotors beaufschlagen hierbei dauernd den Regler. Maßnahmen, diese Signale von tatsächlich auszuregelnden Lageänderungen zu unterscheiden und zu kompensieren sind hier nicht angesprochen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird > <> darin gesehen, eine Störkomponenten-Unterdrückung bei der magnetischen Radiallagerung der Gattung des Anspruches 1 gemäßen Art so weiterzubilden, daß Störkomponenten mit der drehzahlsynchronen Frequenz wenigstens weitgehend unterdrückt werden, so >> daß derartige Störkomponenten den Regler nicht beaufschlagen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein ein lediglich drehzahlsynchrones Signal erzeugender, aufgrund der Drehung der Rotorwelle erregter Signalgene- ^h<> rator vorgesehen ist, und dall eine mn dem Sensoi und dem Signalgenerator verbundene Oberlagerungsslufc vorgesehen ist, in der die Signale des Sensors und des Signalgenerators zur Störkomponentenunterdrückung gegenphasig überlagert werden, und daß das Ausgangssignal der Überlagerungsstufe das Steuersignal für die Elektromagnete bildet.

Die Erfindung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus. Somit wird in vorteilhafter Weise eine magnetische Anordnung mit einem hohen Wirkungsgrad geschaffen, ohne hierbei die Regeldynamik einengen zu müssen. Mittels des Signalgenerators, welcher phasenstarr mit dem Rotor verbunden ist. wird ein zu den Sensorsignalen in einer definierten Phasenbeziehung stehendes Wechselspannungssignal erzeugt, welches in einfacher Weise in einer Mischstufe mit dem Sensorsignal unter Beachtung der Phasenlage kombiniert wird Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei der Herstellung der Anordnung diese Phasenlage zu bestimmen und durch entsprechende Einstellung des Generators in seiner Umfangslage zur Achse des Rotors zu erreichen, daß Sensorsignale und Generatorsignale die entgegengerichtete Phasenlage aufweisen.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand des in der Zeichnung dargestellten und bevorzugten Ai'sführungsbeispieles näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 — eine schematische Darstellung einer magnetischen Anordnung mit einem Signalgenerator.

Gemäß Fig. 1 ist ein Rotor 1 bezüglich eines Stators 2 um eine vertikale Drehachse 3 drehbar angerudnet. Zur axialen Lagerung sind sowohl auf dem Stator als auch auf dem Rotor axial magnetisierte Permanentmagnetringe 4 bis 7 vorgesehen, wobei die jeweils einander gegenüberliegenden Polflächen 8 entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Dies ist durch die Buchstaben /V (Nordpol) und S (Südpol) kenntlich gemacht. Die Magnetringe sind auf ferromagneiischen Ringen 10, 11 angeordnet, welche ringförmige Ansätze 12, 13 aufweisen. Die Permanentmagnetringe sind jeweils mit Ringnuten 14, 15 versehen, in welche die genannten Ansätze 12,13 hineinragen.

Somit ist gewährleistet, daß die magnetischen Achsen der Magnetringe exakt mit der geometrischen Achse bzw. der Drehachse 3 übereinstimmen. Aufgrund der angegebenen Magnetisierung der Magnetringe von Rotor und Stator wird eine axial nach oben gerichtete Zugkraft zum Tragen des Rotorgewichtes erzeugt. Die Polflächen 8 der koaxial angeordnet .·η Permanentmagnetringe sind weiterhin derart ausgebildet, daß zwischen diesen nur ein vergleichsweise geringer Ringspalt 9 vorhanden ist. Damit werden in vorteilhafter Weise bei radialen Verschiebungen des Rotors außer den zur passiven, radialen Stabilisierung bewirkten Zugkräften zwischen den gegenüberliegenden Permanentmagnetringen von Rotor und Stator zusätzlich noch radiale Druckkräfte wirksam. Selbstverständlich kön nen auf Rotor i/nd Stator jeweils mehr als zwei Permanentmagnetringe vorgesehen werden. Zur vollständigen axialen Stabilisierung ist zwischen den Magnetringen 4, 5 eine elektrische Ringwicklung 16 vorgesehen, weiche in bekannter Weise angesteuert wird. In Abhängigkeit der Signale eines Sensors 20. zur Erfassung der axialen Position des Rotors, wird mittels einer Regeleinrichtung 21 die Ringwicklung 16 derart angesteuert, daß eine Schwächung bzw. Verstärkung der auf den Rotor wirkenden Magnetkräfte erfolgt und dieser somit seine dargestellte Lage beibehält. Eine bevorzugte Ausbildung der Magnetringe ist in der linken Seite von Ii g. I dargestellt. Hierbei is.i die -Ringwicklung 16/7 möglichst nahe den Polflachen der Rotor Magnetiingc 6, 7 angeoidnet, so daß das mittels der Wicklung 16;i auch voll zur Wirkung kommen kann. Gegebenenfalls ragt die Ringwicklung des Stators auch in den Ringspalt der Rotormagnetringe hinein. Zur aktiven radialen Stabilisierung des Rotors sind vier über den Umfang gleichmäßig verteilte Spulen 25 vorgese-

hen, mit welchen auf den ferromagnetischen Rotor radial gerichtete Kräfte erzeugbar sind. Alternativ können auf dem Rotor den Spulen 25 gegenüberliegend auch radial magnetisierte Permanentmagnete (nicht dargestellt) angeordnet sein.

Nachfolgend soll die Ansteuerung bzw. Funktionsweise in einer Richtung erläutert werden. Zur Erfassung der radialen Position des Rotors ist ein induktiver Sensor 26 vorgesehen. Das somit erzeugte Signal enthält außer der zu erfassenden Position anch eine Komponente, welche beispielsweise aufgrund von geometrischen Fehlern des Rotors (Unrundheit) entsteht und drehzahlsynchron ist. Zur Kompensation oder Verringerung dieser Komponente ist ein vorzugsweise induktiver Signalgenerator 27 vorgesehen, welcher ein drehzahisynchrones Signal erzeugt. Dieser Signalgenerator enthält beispielsweise eine auf dem Stator angeordnete Wicklung 28, sowie mit dem Rotor verbundene radial magnetisierte Permanentmagnete 29. Das bei Drehung des Rotors mittels des Signalgenerators 27 erzeugte Signal ist somit drehzahlsynchron und steht damit in einer definierten Phasenlage zu der drehzahlsynchronen Komponente des Sensr rsignales. Signalgenerator und Sensor sind auf eine Mischstufe 30 geführt, mit welcher eine Kompensation erfolgt. Mittels der Mischstufe werden die Phasenlage der Signale von Generator und Sensor erfaßt, eine entsprechende Phasenverschiebung und eine phasenrichtige Mischung der genannten Signale vorgenommen. Wie bereits ausgeführt, weist das Generatorsignal eine feste Phasenbeziehung zu der Störkomponente des Sensorsignales auf.

In einer bevorzugten Weiterbildung wird daher vorgeschlagen, den Signalgenerator als eine auf dem Stator angeordnete Spule 28 auszubilden, die zur Justierung der Phase ihres Signals in ihrer Umfangslage zur Achse des Rotors einstellbar angeordnet ist. Bei der Herstellung der Anordnung wird die Spulenlage derart eingestellt, daß die Signale von Generator 27 und Sensor 26 die obengenannte Phasenlage aufweisen, und mittels der Mischstufe die genanntet. Signale zur Kompensation der drehzahlsynchronen Komponente lediglich phasenrichtig überlagert werden müssen. Das auf diese Weise von drehzahlsynchronen Fehlern oder Komponenten weitgehend freie Aissgangssignale der Mischstufe wird der Regleranordnung 3! zugeführt, welche in bekannter Weise die Krafterzeugerspule 25 ansteuert, in entsprechender Weise werden auch die übrigen Spulen 25 angesteuert. Weiterhin kann die angegebene Kompensation von drehzahlsynchronen Fehlern auch bei solchen Anordnungen vorgenommen werden, welche Sensoren aufweisen zur Erfassung von Bewegungen bzw. Lageänderungen des Rotors.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Störkomponentenunterdruckung bei der magnetischen Radiallagerung eines Rotors, enthaltend wenigstens einen Sensor zur Erfassung der Radial- ι position des Rotors sowie in Abhängigkeit der Sensorsignale ansteuerbare, radiale Rückstellkräfte erzeugende Elektromagnete, wobei drehzahlabhängige Störkomponenten der Sensorsignale wenigstens teilweise kompensiert werden, dadurch in gekennzeichnet, daß ein ein lediglich drehzahlsynchrones Signal erzeugender, aufgrund der Drehung der Rotorwelle erregter Signalgenerator (27) vorgesehen ist, und daß eine mit dem Sensor (26) und dem Signalgenerator (27) verbundene Oberlage- ι". rungsstufe (30) vorgesehen ist, in der die Signale des Sensors und des Signalgenerators (27) zur Störkomponentenunterdrückung gegenphasig überlagert werden, und daß das Ausgangssignal der Überlagerungsstufe (30) das Steuersignal für die Elektromagnete (25) bildet.

2. Störkomponentenunterdrückung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgenerator (27) als eine auf dem Stator angeordnete Spule (28) ausgebildet ist, die zur Justierung der 2> Phase ihres Signals in ihrer Umfangslage zur Achse des Rotors einstellbar angeordnet ist.