ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПОДВЕС Советский патент 1995 года по МПК G01C19/24 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в гироскопических приборах и акселерометрах.

Известен электромагнитный подвес, содержащий взвешиваемый якорь, диаметрально противоположные магнитопроводы с рабочими и дополнительными обмотками, последовательно соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками противоположных магнитопроводов, конденсаторами и вторичными обмотками трансформатора, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного напряжения, демодулятор, выходы которого подключены к рабочим обмоткам через фильтры, образованные соединенными параллельно дросселем и конденсатором, а вход подключен к среднему выводу потенциометра, шунтирующего рабочие обмотки, причем дополнительные обмотки подключены к источнику постоянного напряжения через второй потенциометр.

Недостатком этого электромагнитного подвеса является значительная сложность устройства и дрейф его характеристики при изменении условий эксплуатации, причем дрейф может быть частично скомпенсирован двумя потенциометрами, установленными для этой цели в электромагнитном подвесе.

Известен также электромагнитный подвес, содержащий взвешиваемый якорь, диаметрально противоположные магнитопроводы рабочими и дополнительными обмотками, последовательно соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками диаметрально противоположных магнитопроводов и конденсаторами, источник питания, выпрямительный мост и управляемые дроссели с управляющими и рабочими обмотками.

Недостатком этого электромагнитного подвеса является относительная сложность устройства и дрейф его характеристик при изменении условий эксплуатации.

Цель изобретения - упрощение устройства.

Цель достигается тем, что в электромагнитном подвесе, содержащем взвешиваемый якорь, диаметрально противоположные магнитопроводы с рабочими и дополнительными обмотками, последовательно соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками диаметрально противоположных магнитопроводов и конденсаторами, источник питания, выпрямительный мост и управляемые дроссели с управляющими и рабочими обмотками, к источнику питания последовательно подключены два резонансных контура и выпрямительный мост, выходная диагональ которого подключена к конденсатору и последовательно соединенным управляющим обмоткам управляемых дросселей, рабочие обмотки которых подключены к дополнительным обмоткам магнитопроводов.

На фиг. 1 представлена схема электромагнитного подвеса, где δ₁ и δ₂ - воздушные зазоры между взвешиваемым якорем и, соответственно, верхним и нижним магнитопроводами; F₁ и F₂ - электромагнитные силы притяжения взвешиваемого якоря, соответственно, к верхнему и нижнему магнитопроводам.

На фиг. 2 изображены характеристики электромагнитного подвеса, где F₁ и F₁¹ - характеристики силы притяжения взвешиваемого якоря к верхнему магнитопроводу, построенные в координатах (δ₁, F) для статического и динамического режимов, F₂ и F '₂ - характеристики силы притяжения взвешиваемого якоря к нижнему магнитопроводу, построенные в координатах (δ₂, F) для статического и динамического режимов; ΔF и ΔF ' - характеристики суммарных сил, действующих на взвешиваемый якорь в координатах (δ₁, F), в статическом и динамическом режимах; I, I' и I'' - характеристики тока в обмотках управления управляемых дросселей, построенные в координатах ( δ₂, I) для статического, динамического и статического при повышенной частоте питающего напряжения режимов соответственно.

Электромагнитный подвес содержит взвешиваемый якорь 1, диаметрально противоположные магнитопроводы 2 с рабочими 3 и дополнительными 4 обмотками, последовательно соединенные резонансные контуры 5, образованные рабочими обмотками 3 диаметрально противоположных магнитопроводов 2 и конденсаторами 6, источник 7 питания, выпрямительный мост 8 и управляемые дроссели 9 с рабочими обмотками и с управляющими обмотками 10, причем к источнику 7 питания последовательно подключены два резонансных контура 5 и выпрямительный мост 8, выходная диагональ которого подключена к конденсатору 11 и последовательно соединенным управляющим обмоткам 10 управляемых дросселей 9, рабочие обмотки которых подключены к дополнительным обмоткам 4 магнитопроводов.

Подвес работает следующим образом.

При неизменных и равных воздушных зазорах в подвесе, δ₁= δ₂, переменное питающее напряжение распределяется между резонансными контурами поровну. Величина тока в рабочей обмотке 3 будет определяться величиной падения напряжения на резонансном контуре 5 и соотношением между емкостным сопротивлением конденсатора 6 и индуктивным сопротивлением рабочей обмотки 3, которое зависит от зазора между магнитопроводом 2 и взвешиваемым якорем 1 и вносимого в резонансный контур дополнительной обмоткой 4 сопротивлением емкостного характера, зависящего от отношения индуктивного сопротивления управляемого дросселя 9 к индуктивному сопротивлению дополнительной обмотки 4. Это отношение задается подмагничиванием дросселя 9 током I, протекающим по управляющим обмоткам 10. Ток I является током последовательной цепи резонансных контуров и подается в обмотки управления 10 после выпрямления выпрямительным мостом 8 и конденсатором 11, шунтирующим выход выпрямительного моста. Магнитные потоки в верхнем и нижнем магнитопроводах создают электромагнитные силы F₁ и F₂, направленные в разные стороны. Суммарная сила притяжения взвешиваемого якоря к магнитопроводам ΔF равна нулю.

При медленном увеличении зазора δ₁ уменьшается индуктивное сопротивление рабочей обмотки 3 верхнего магнитопровода, процессы в верхнем резонансном контуре приближаются к резонансу, полное сопротивление контура увеличивается. Одновременно уменьшается зазор δ₂, увеличивается индуктивное сопротивление рабочей обмотки 3 нижнего магнитопровода, процессы в нижнем резонансном контуре удаляются от резонанса, полное сопротивление контура уменьшается. Происходит перераспределение напряжений между контурами. Увеличивается ток в рабочей обмотке верхнего магнитопровода и уменьшается ток в рабочей обмотке нижнего магнитопровода. Соответственно увеличивается сила F₁ и уменьшается сила F₂. Возникает суммарная сила ΔF, возвращающая взвешиваемый якорь в среднее положение. Полное сопротивление последовательно соединенных контуров увеличивается и полный ток I в цепи последовательно соединенных контуров уменьшается, в результате чего уменьшается подмагничивание управляемых дросселей 9 и уменьшаются вносимые сопротивления в резонансные контуры дополнительными обмотками 4, к которым подключены управляемые дроссели 9. Влияние вносимого сопротивления на процессы в контуре тем сильней, чем ближе контур к резонансу, поэтому при уменьшении тока I в обмотке управления крутизна силовой характеристики F₁ при больших зазорах δ₁ снижается, а при малых зазорах δ₁ практически не изменяется, что увеличивает линейность силовой характеристики ΔF.

При быстром увеличении зазора δ₁ и уменьшении зазора δ₂ ток I' в управляющих обмотках 10 управляемых дросселей 9 не успевает значительно уменьшиться за счет инерционности цепи управления управляемых дросселей. В этом случае вносимые сопротивления в резонансные контура будут больше, чем в статическом режиме, но вследствие различного влияния управляемых дросселей на резонансные контура при различных зазорах δ₁ и δ₂ сила F ^'₁ увеличится значительно больше, чем уменьшится сила F'₂. Суммарная сила ΔF' будет больше силы ΔF, причем увеличение силы ΔF' будет зависеть от скорости перемещения взвешиваемого якоря.

Изменение параметров элементов электромагнитного подвеса (емкости конденсаторов, магнитной проницаемости магнитопроводов) в процессе эксплуатации, а также изменение частоты источника питания приводит к изменению первоначальной настройки резонансных контуров и к значительному изменению силовых характеристик электромагнитного подвеса. Однако в рассматриваемом электромагнитном подвесе, например, уменьшение частоты питающего напряжения приводит к такой перестройке резонансных электрических контуров, что жесткость электромагнитного подвеса может существенно снизиться. Но в этом случае уменьшается полное сопротивление последовательно соединенных контуров и увеличивается ток I ''. Увеличивается подмагничивание управляемых дросселей и увеличиваются вносимые сопротивления в резонансные контура, процессы в которых приближаются к резонансным, что препятствует существенному снижению жесткости электромагнитного подвеса. Кроме того, в данном подвесе центрирующая сила зависит от скорости перемещения взвешиваемого якоря, что способствует демпфированию возможных колебаний взвешиваемого якоря.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПОДВЕС, содержащий взвешиваемый якорь, диаметрально противоположные магнитопроводы с рабочими и дополнительными обмотками, последовательно соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками диаметрально противоположных магнитопроводов и конденсаторами, источник питания, выпрямительный мост и управляемые дроссели с управляющими и рабочими обмотками, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, к источнику питания последовательно подключены два резонансных контура и выпрямительный мост, выходная диагональ которого подключена к конденсатору и последовательно соединенным управляющим обмоткам управляемых дросселей, рабочие обмотки которых подключены к дополнительным обмоткам магнитопроводов.