CZ302646B6

CZ302646B6 - Zpusob stabilizace levitujícího rotujícího elementu a zarízení pro stabilizaci levitujícího rotujícího elementu

Info

Publication number: CZ302646B6
Application number: CZ20090568A
Authority: CZ
Inventors: Syrovátka@Bretislav
Original assignee: Rieter Cz S.R.O.; Ceské vysoké ucení technické v Praze
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-08-10
Also published as: CZ2009568A3

Abstract

Zpusob stabilizace levitujícího rotujícího elementu obsahuje kroky, generování vysokofrekvencního signálu, vysílání vf signálu do alespon dvojice polohových cidel (2, 3), snímání vf signálu z polohových cidel (2, 3), filtrování vf signálu v úzkopásmových propustech BPF (23, 33), demodulace vf signálu, vyhodnocení demodulovaného signálu v DSP (10) a rízení polohy rotoru zmenou strídy .alfa. výkonového pohonného signálu PWM. Zarízení pro stabilizaci levitujícího rotujícího elementu obsahuje vysokofrekvencní generátor (4), jehož výkonový výstup (41) je pripojený na primární vinutí (21, 31) alespon dvojice polohových cidel (2, 3). Každé primární vinutí (21, 31) je indukcne spraženo se sekundárním vinutím (22, 32) polohového cidla (2, 3). Sekundární vinutí (22, 32) jsou pripojené pres úzkopásmové propusti BPF (23, 33) na rozdílový zesilovac (25). Jeho výstup je pripojen na neinvertující vstup (51) scítacího zesilovace (5), jehož invertující vstup (52) je pripojen pres odporový trimr (7) na fázový posouvac (6), jež je pripojen na nevýkonový výstup (42') vysokofrekvencního generátoru (4). Výstup scítacího zesilovace (5) je pripojen pres vysokofrekvencní usmernovac (8), vyhlazovací filtr (9) na digitální signálový procesor DSP (10). Výstupy DSP (10) jsou pripojeny na výkonové spínace (11, 12), propojené k výkonovým vinutím (13, 14) statoru plochého bezložiskového vysokootáckového elektromotoru (1). Ve výhodném provedení jsou mezi cidla (2, 3) a úzkopásmové propusti (23, 33) zarazeny separacní zesilovace (24, 34).

Description

? Oblast techniky

Vynález se týká způsobu stabilizace levitujícího rotujícího elementu pomocí polohových čidel spojených s vyhodnocovacími obvody, při kterém se zjišťuje poloha levitujícího rotujícího elementu, z níž se tvoří vstupní signál regulačního zařízení, jehož výstupním signálem je levitující io rotující element automaticky středěn do středu statoru.

Vynález se také týká zařízení pro stabilizaci levitujícího rotujícího elementu obsahujícího polohová čidla spojená s vyhodnocovacími obvody, přičemž polohová čidla jsou situována v prostředí s nepříznivými měřicími podmínkami v blízkosti pohonu levitujícího rotujícího elementu.

Dosavadní stav techniky

Rotory plochých bezložiskových vysokootáčkových elektromotorů (PBVE) jsou stabilizovány polohovými čidly s připojenými vyhodnocovacími obvody, které řídí polohu levitujícího rotujícího elementu (LRE). PBVE je jedním ze specifických představitelů aktivních magnetických ložisek (AML), přičemž axiální rozměr LRE je z konstrukčních důvodů významně menší než celkový průměr PBVE.

Vysokých otáček LRE lze dosáhnout příslušně vysokou hodnotou spínacího kmitočtu výkonového signálu pro napájení motoru s impulsní šířkovou modulací PWM. Takovým signálem se však v prostoru statoru PBVE a v jeho okolí generuje velká intenzita signálu rušivého širokopásmového elektromagnetického pole, která spolu s negativním vlivem vysokých otáček LRE prakticky znemožňuje měření plochy známými a pro jiné provozní podmínky vhodnými typy čidel. Dalšími důvody, pro které nelze známá čidla použít, jsou mnohdy poměrně vysoké teploty a přítomnost mechanických nečistot v místě, ve kterém jsou instalována.

Vytvoření dostatečného odstupu signálu od Šumu (S/N) je u PBVE zhoršováno navíc tím, že zpravidla nelze umístit polohová čidla v prostoru AML mimo dosah rušivého vysokofrekvenění35 ho pole, naopak čidla jsou z konstrukčních důvodů téměř vždy umístěna právě v oblasti vysoké úrovně tohoto rušivého signálu. Změna amplitudy vysokofrekvenčního signálu indukovaného do polohových čidel zjejich vnějších vinutí by měla být pouze důsledkem změny polohy LRE mezi čidly a neměla by být negativně ovlivněna přítomnými rušivými elektromagnetickými poli. Přitom právě u PBVE mohou úrovně rušivých signálů dominovat nad úrovní žádoucího měrného signálu.

Při návratu PBVE zejména menších rozměrů se používá buzení jeho statorových vinutí vícefázovým výkonovým PWM signálem se spínacím kmitočtem až několika stovek kHz. Vysoká hodnota spínacího kmitočtu je nutná mimo jiné z důvodu nutnosti zajistit krátkou reakční dobu odez45 vy mezi polohovým čidlem a rychle se otáčejícím LRE a poměrně malou indukčností použitých statorových cívek. V prostoru statoru je potom signál zdrojem velmi intenzivního elektromagnetického rušení, jehož spektrum zasahuje do oblasti stovek kHz až jednotek MHz. Instalace jakýchkoliv polohových čidel jak v radiálním, tak v axiálním směru je však možná jenom ve značně omezeném prostoru, prakticky v bezprostřední blízkosti statoru a LRE. Poměr S/N uži50 tečného signálu a rušivého signálu může být tak nízký, že nelze zajistit známými prostředky spolehlivé a účinné centrování LRE.

U rychle se otáčejícího LRE způsobuje rychlý vzájemný pohyb LRE a statoru jev zvaný „disappearing target“ (zmizení cíle), čímž se sníží energetická úroveň odezvy tak, že se odezva stává pro regulaci polohy LRE neúčinnou. Odezva signálu do sekundárních vinutí čidla z místa

- I CZ 302646 B6 vzniku vysokofrekvenčních vířivých proudů indukovaných v LRE musí být proto energeticky dostatečně velká a s krátkou časovou odezvou.

Je známo zařízení pro potlačení elektromagnetického rušení pro oblast otáček v řádu jednotek tisíc otáček za minutu. Toto zařízení používá v zapojení regulační smyčky číslicový decimační filtr, v němž však nastává podstatné zpoždění regulačního signálu pro připojený digitální signálový procesor (DSP). Zařízení proto neumožňuje potlačit výše popsaný efekt „zmizení cíle“ a nelze je tudíž použít pro otáčky LRE v oblasti nad sto tisíc otáček za minutu.

Cílem vynálezu je odstranění, nebo alespoň podstatné zmírnění nedostatků dosavadního stavu techniky, které by vedlo k bezpečné stabilizaci LRE v oblasti otáček nad 100 000 otáček za minutu, které jsou požadovány například u intaktních rotačních čerpadel, setrvačníků, turbokompresorů, textilních strojů a podobně.

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem stabilizace levitujícího rotujícího elementu, jehož podstata spočívá v tom, že stabilizace levitujícího rotujícího elementu během jeho otáčení se provádí změnou střídy a výkonového pohonného signálu PWM, přičemž změna střídy a se ovládá změnou stejnosměrného regulačního napětí z vysokofrekvenční části zpětnovazební regulační smyčky, která v místě zjišťování polohy levitujícího rotujícího elementu obsahuje alespoň jednu dvojici vysokofrekvenčních indukčních polohových čidel, přičemž výkonový pohonný signál PWM se generuje v digitálním signálovém procesoru a velikostí střídy a výkonového pohonného signálu PWM se řídí poloha levitujícího rotujícího elementu v jeho radiálním směru a velikostí spínacího kmitočtu výkonového pohonného signálu PWM se řídí rychlost otáčení levitujícího rotujícího elementu v jeho radiálním směru a velikostí spínacího kmitočtu výkonového pohonného signálu PWM se řídí rychlost otáčení levitujícího rotujícího elementu.

Podstatou zařízení dle vynálezu obsahuje alespoň dvě konstrukčně shodné dvojice polohových čidel obsahujících budicí primární vinutí indukčně spřažené se sekundárním vinutím, přičemž budicí primární vinutí obou čidel jedné dvojice jsou připojena k větvi výkonového výstupu vysokofrekvenčního generátoru měrného signálu, sekundární vinutí jednoho čidla této dvojice je spojeno se vstupem první úzkopásmové propusti a sekundární vinutí druhého čidla této dvojice je spojeno se vstupem druhé úzkopásmové propusti, výstup první úzkopásmové propusti je připojen na neinvertující vstup rozdílového zesilovače, přičemž výstup rozdílového zesilovače je spojen s ne invertuj ícím vstupem sčítacího zesilovače, jehož invertuj íeí vstup je připojen na odporový trimr, jehož neuzemněný konec je připojen k výstupu fázového posouvače, přičemž fázový posouvač je svým vstupem spojen s nevýkonovým výstupem vysokofrekvenčního generátoru měrného signálu a výstup sčítacího zesilovače je spojen se vstupem vysokofrekvenčního usměrňovače, k jehož výstupu je připojen vstup vyhlazovacího filtru, který je svým výstupem připojen ke vstupu digitálního signálového procesoru.

Objasnění výkresů

Příkladná provedení vynálezu jsou schematicky znázorněna na výkrese, kde značí obr. 1 uspořádání plochého bezložiskového vysokootáčkového elektromotru se třemi dvojicemi polohových Čidel, obr. 2 elektrické zapojení zařízení podle vynálezu a obr. 3 graf závislosti regulačního napětí na poloze rotoru.

-2 CZ 302646 B6

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. 1 je znázorněn plochý bezložískový vysokootáčkový elektromotor i (PBVE), jehož rotor 100, tvoří levitující rotující element - LRE, je obklopen třemi dvojicemi D, (D\ D”, D’”) vyso5 kofrekvenčních indukčních polohových čidel 2, 3 (21, 2”, 2”\ V, 3”, 3’”). Polohová čidla 2, 3 jsou umístěna v bezprostřední blízkosti vnějšího obvodu rotoru 100. Rotor 100 je vyroben z feromagnetického materiálu. Každé čidlo 2, 3 je tvořeno malým plochým transformátorem s tištěnými plošnými vinutími, přičemž primární vinutí 21, 31 a sekundární vinutí 22, 32 každého čidla 2, 3 jsou umístěna na protilehlých plochách oboustranného tištěného spoje. Obě vinutí 21, io 31, 22, 32 každého čidla 2, 3 mají stejný počet závitů, obecně se však mohou lišit podle požadavků na impedanční přizpůsobení dalších elektrických prvků, které jsou k těmto primárním a sekundárním vinutím 21, 31, 22, 32 dále připojeny.

Všechny dvojice D čidel 2, 3 v příkladném provedení tri dvojice D\ D”. D’”, jsou realizovány na jedné společné kruhové desce tištěného spoje. Tím je zaručena dobrá reprodukovatelnost parametrů a jejich stálost i v extrémně nepříznivých pracovních podmínkách čidel 2, 3. U velkých průměrů rotorů je z konstrukčních, montážních a jiných dalších důvodů výhodné realizovat čidla 2, 3 na samostatných dílčích plošných spojích.

Na obr. 2 je znázorněno zapojení jedné regulační smyčky spojené s dvojicí Dl polohových čidel 21, 31 pro zjišťování polohy rotoru 100 ve směru spojnice polohových čidel 21, 3\ Zapojení regulačních smyček dvojic D”. D'”jsou totožná se zapojením regulační smyčky dvojice D\

Zařízení obsahuje vysokofrekvenční generátor 4 měrného signálu, který je opatřen výstupem 41 vysokofrekvenčního signálu rozvětveným do odbočených větví 411, 412, 413 a dále je opatřen nevýkonovými výstupy 421, 42”, 42'”.

Další popis se vztahuje k jedné regulační smyčce, pro přehlednost jsou vztahové značky v popisu uváděny bez označení čárkou.

Měrný signál vysokofrekvenčního generátoru 4 je z výstupu 41 odbočenou větví 411 připojen na primární vinutí 21, 31 polohových čidel 2, 3 jedné dvojíce D čidel 2, 3. Odbočené větve 412, 413 stejného měrného signálu jsou analogicky vedeny k primárním vinutím polohových čidel dalších dvojic D čidel 2, 3.

Sekundární vinutí 22, 32 jsou připojena ke vstupu úzkopásmových propustí 23, 33. Před nimi jsou čárkovaně znázorněny separační zesilovače 24, 34, kteréjsou takto zapojeny v alternativním provedení.

Výstup úzkopásmové propusti 23 je připojen k invertujícímu vstupu 251 rozdílového zesilovače 25, výstup úzkopásmové propusti 33 je připojen k neinvertujícímu vstupu 252 rozdílového zesilovače 25. Výstup rozdílového zesilovače 25 je připojen k neinvertujícímu vstupu 51 sčítacího zesilovače 5.

Příslušný ne výkonový výstup 42 vysokofrekvenčního generátoru 4 je veden přes fázový posouvač 6 a odporový trimr 7 k invertujícímu vstupu 52 sčítacího zesilovače 5. Výstup sčítacího zesilovače 5 je veden do dvoucestného vysokofrekvenčního usměrňovače 8 a dále přes vyhlazovací filtr 9 do digitálního signálového procesoru JO, jehož vstup je opatřen analogově digitálním převodníkem.

Signály digitálního signálového procesoru 10 jsou z jeho dvou výstupů vedeny k výkonovým spínačům 11, 12 obsahujícím výkonové tranzistory. Výstupy výkonových spínačů 11, 12 jsou připojeny k výkonovým vinutím 13,14 statoru plochého bezložiskového vysokootáčkového elektromotoru i.

- j CZ 302646 B6

Funkce zařízení podle vynálezu spočívá obecně ve zjišťování polohy levitujícího rotujícího elementu tvořeného rotorem 100, z níž se tvoří vstupní signál regulačního zařízení, jehož výstupem je automatické středění otáčejícího se rotoru 100 do středu statoru prostřednictvím změny střídy a signálu s impulsní šířkovou modulací (PWM), přičemž střída α je dána vztahem s

α = τ/Τ, kde je a ...střída, tj. poměr časů, ve kterých je u periodických signálů, které během jedné periody přecházejí z jedné úrovně do druhé a naopak, signál v jednotlivých úrovních, io τ ...je doba trvání impulzu PWM

T ...je délka spínací periody PWM signálu.

Důležitou podmínkou funkce celého zařízení je výstupní výkon vysokofrekvenčního generátoru 4, který je dostatečně velký, aby vstupní obvod regulační smyčky, tj. rozdílový zesilovač 25, byl po odfiltrování rušivých signálů vybuzen přiměřenou úrovní měrného signálu. Impedance koncového stupně vysokofrekvenčního generátoru 4 je nízká tak, aby bylo zajištěno patřičné impedanční přizpůsobení ke všem primárním vinutím 21, 31 čidel 2, 3 připojeným paralelně ke koncovému stupni vysokofrekvenčního generátoru 4.

V úzkopásmových propustích 23, 33 jsou účinně potlačeny nežádoucí rušivé signály indukované do sekundárních vinutí 22, 32, čímž je umožněno jejich další efektivní zpracování v následujících obvodech, nutných pro centrování rotoru 100. Z tohoto důvodu je výhodné použití úzkopásmových propustí 23, 33 s co nejmenší možnou šířkou pásma.

Výstupní signál sčítacího zesilovače 5 je výsledkem zpracování vstupního signálu s polaritou -180° licho t-180° přiváděného vstupem 51 z rozdílového zesilovače 25 a „posouvacího“ signálu soufázového s měrným signálem, který je přiváděn vstupem 52 od odporového trimru 7 a který má stálou amplitudu, kteráje stejně velká, jak je maximální hodnota amplitudy měrného signálu přiváděného vstupem 51. Této maximální velikosti amplitudy měrného signálu se dosahuje při so krajních polohách rotoru 100 ve směru od středu statoru k čidlům 2, 3 a její hodnota nabývá jen takové úrovně, že sčítací zesilovač 5 není přebuzen, tzn., že při jakékoliv úrovni signálu zobou svých vstupů 51, 52 nepracuje v saturačním režimu.

Soufázovost „posouvacího“ signálu s měrným signálem na vstupech sčítacího zesilovače 5 lze nastavit jednoduchým RC fázovacím obvodem, který slouží jako fázový posouvač 6. Toto nastavení je obvykle pevně nastaveno již z výroby. V některých aplikacích regulačních smyček však nastavování není důležité, příslušné prostředky nemusí být proto instalovány. Potřebná velikost amplitudy „posouvač i ho' signálu se v této větvi nastavuje odporovým trimrem 7.

Vysokofrekvenční střídavý signál z výstupu sčítacího zesilovače 5 je usměrněn v dvoucestném vysokofrekvenčním usměrňovači 8 a střídavá složka zvlnění je po usměrnění odfiltrována vyhlazovacím filtrem 9.

Aby zpoždění změny regulačního signálu vyvolaného změnou polohy rotoru 100 bylo malé, jsou časové odezvy zpracovávaného signálu v obvodech vysokofrekvenčního usměrňovače 8 a vyhlazovacího filtru 9 co nejkratší. Proto jsou s výhodou ve vysokofrekvenčním usměrňovači 8 použity jako usměrňovače vysokofrekvenční nízkovýkonové Schottkyho diody s malými difúzními kapacitami. Rovněž časové konstanty RC nebo LC členů ve vyhlazovacím filtru 9, jejichž vlivem dochází k podstatnému zpoždění změny regulačního signálu se změnou polohy rotoru, jsou voleny jen do takové velikosti, aby hodnota zvlnění regulačního napětí nepřekročila velikost kvant izačního kroku analogově digitálního převodníku v digitálním signálním procesoru 10.

Činnost příkladného zařízení podle vynálezu je graficky znázorněna na obr. 3, kde je uveden požadovaný a zařízením realizovaný průběh závislosti regulačního napětí Ur, budícího analogově

-4QZ 302646 B6 digitální převodník digitálního signálového procesoru W, jímž se řídí velikost střídy a vícefázových hnacích a centrujících signálů s impulsní šířkovou modulací. Protifázové (invertované) výstupy těchto signálů ze dvou výstupů digitálního signálového procesoru 10 budí prostřednictvím výkonových spínačů 11, J_2 výkonová statorová vinutí 13, J_4 plochého bezložiskového vysokootáčkového elektromotoru.

Jak vyplývá z výše uvedeného popisu, využívá se ke středění rotoru během jeho otáčení možné změny úrovně stejnosměrné složky výkonového pohonného signálu PWM. Stejnosměrná složka signálu PWM je dána jeho střídou α = τ/Τ. Změna střídy a je řízena změnou stejnosměrného io regulačního napětí z vysokofrekvenční části zpětnovazební regulační smyčky, na obr.2, na jejímž začátku v místě zjišťování polohy levitujícího rotujícího elementu, je situována dvojice vysokofrekvenčních indukčních čidel 2, 3 polohy. Signál PWM je generován na konci regulační smyčky v digitálním signálovém procesoru JO. Úrovní stejnosměrné složky signálu PWM se ovlivňuje poloha rotoru v jeho radiálním směru aje uskutečňována radiálně působící silou od magnetické složky elektromagnetického pole signálu PWM, vyvolaného výkonovými vinutími 13, J_4. Tato vinutí 13, J_4 jsou buzena ze spínačů 11, J_2, spínaných signály PWM z výstupů digitálního signálového procesoru 10. Výkonový signál PWM je však určen také k vytvoření hnací síly, tečné ke kruhovému magnetickému toku PWM od statorových vinutí, která vyvolává rotační pohyb levitujícího rotujícího elementu. Počet otáček (ot/min) levitujícího rotujícího elementu je zo určen velikostí spínacího kmitočtu signálu PWM a jeho velikost může býl volena v digitálním signálovém procesoru 10.

Velikost střídy a lze měnit změnou velikostí stejnosměrného regulačního napětí U_r, přivedeného na vstup analogově-číslicového převodníku, kterýje např. součástí digitálního signálového pro25 cesoru 10. Hodnota stejnosměrného regulačního napětí je přímo úměrná výchylce x levitujícího rotujícího elementu od středu statoru z jeho jedné krajní polohy (podle obr. 3 např.: x = 0 mm) do jeho druhé krajní polohy (podle obr. 3 např.: x = 2 mm). Stejnosměrné regulační napětí se získává vhodným zpracováním vysokofrekvenčních střídavých hodnot regulačních napětí U_rí a IX generovaných v sekundárních vinutích polohových čidel 2 a 3. Tato čidla 2 a 3 jsou na vstupu io zpětnovazební regulační smyčky zapojena tak, aby jejich vysokofrekvenční výstupy byly soufázové,

Primární vinutí obou čidel 2 a 3 jsou buzena vysokofrekvenčním měrným signálem z výkonového výstupu vysokofrekvenčního generátoru 4 měrného signálu. Ze sekundárních, tj, snímacích, vinutí 22, 32 čidel 2 a 3, induktivně navázaných k sobě příslušným primárním vinutím 21, 31, se odebírají soufázová vysokofrekvenční regulační napětí na vstupy vysokofrekvenčního rozdílového zesilovače 25 přes úzkopásmové propusti 23 a 33, jejichž úkolem je potlačení nežádoucích rušivých složek elektromagnetického pole, zejména u signálu PWM, které by mohly znemožnit účinnou stabilizaci levitujícího rotujícího elementu.

Přiblíží-li se levitující rotující element kjednomu z dvojice čidel 2, 3, dojde v místě přiblížení v kovovém levitujícím rotujícím elementu ke zvýšenému indukování vířivých proudů vysokofrekvenčního měrného signálu, tj. ke ztrátám výkonu tohoto vysokofrekvenčního signálu ohřevem materiálu levitujícího rotujícího elementu a tedy i k úbytku přenosu vysokofrekvenční ener45 gie z primárního vinutí 21, 31 čidla 2, 3 do jeho sekundárního vinutí 22, 32. U protilehlého čidla 3, 2 z dvojice naopak dojde k opačnému jevu, tzn. ke zvýšenému přenosu vysokofrekvenční energie do jeho sekundárního vinutí 32, 22. Stejná míra přenosu vysokofrekvenční energie do obou čidel 2, 3 nastává jen tehdy, je-li levitující rotující element přesně uprostřed mez čidly 2, 3, tj. když střída a signálu PWM je konstantní. Na výstupu vysokofrekvenčního rozdílového zesilo50 vače 25 se tato situace projeví nulovou hodnotou výsledného vysokofrekvenčního regulačního napětí. Na obr. 3 této pozici levitujícího rotujícího elementu odpovídá střed regulační charakteristiky U_r = f(x).

Vychýlením levitujícího rotujícího elementu ze středu statoru na jednu, nebo druhou stranu dojde v rozdílovém zesilovači 25 k zesílení a odečítání amplitudově nestejně velkých soufázových

-5 CZ 302646 B6 vysokofrekvenčních regulačních napětí. Amplituda vysokofrekvenčního signálu na výstupu vyjadřuje v tomto případě míru vychýlení x levitujícího rotujícího elementu a jeho fáze (polarita signálu) vyjadřuje směr tohoto vychýlení. Při vychýlení levitujícího rotujícího elementu na jednu stranu bude tento výsledný signál vykazovat vzhledem k referenčnímu signálu např. polaritu

-180°, při vychýlení na druhou stranu se změní polarita na +180° (resp. obráceně při záměně signálů). Referenčním signálem je zde budicí vysokofrekvenční měrný signál z vysokofrekvenčního generátoru 4.

K přeměně výsledného vysokofrekvenčního regulačního napětí z výstupu vysokofrekvenčního io rozdílového zesilovače 25 na stejnosměrné regulační napětí je využito zapojení vysokofrekvenčního sčítacího zesilovače 5, na jehož výstupu je zapojen dvoucestný vysokofrekvenční usměrňovač 8. následovaný vyhlazovacím filtrem 9. Na invertující vstup sčítacího zesilovače 5 je přiveden vysokofrekvenční signál z výstupu 25, měnící se se změnou polohy levitujícího rotujícího elementu, zatímco neinvertující vstup je buzen z vysokofrekvenčního generátoru 4 přes fázovací t5 člen 6 a odporový trimr 7 referenčním vysokofrekvenční měrným signálem s vhodně nastavenou konstantní fází a konstantní amplitudou. Amplituda referenčního signálu se nastaví odporovým trimrem 7 na stejnou úroveň vysokofrekvenčního signálu, jako je signál na výstupu rozdílového zesilovače 25, kterého se dosahuje při jedné nebo druhé krajní poloze levitujícího rotujícího elementu mezi čidly 2, 3. V případě, kdy tento vysokofrekvenční signál vykazuje při jedné krajní

2o poloze levitujícího rotujícího elementu např. obrácenou fází vůči fázi referenčního signálu, tyto signály se ve sčítacím zesilovači 5 odečítají a na jeho výstupu je nulová hodnota vysokofrekvenčního regulačního napětí. Usměrněná hodnota stejnosměrného regulačního napětí je rovněž nulová, což odpovídá počátečnímu bodu 0 na grafické závislosti na obr. 3. Při druhé krajní poloze levitujícího rotujícího elementu budou vysokofrekvenční signály na vstupech rozdílového zesilovače 25 soufázové a kromě toho, že se zesilují se také sčítají tak, že na výstupu zesilovače 25 bude při jeho Činnosti v lineárním režimu dosaženo maximální hodnoty vysokofrekvenčního regulačního napětí. Dvoucestný m usměrněním a filtrací ve vyhlazovacím filtru 9 obdržíme maximální hodnotu stejnosměrného regulačního napětí vyznačenou v grafu na obr. 3.

so Velikosti zesílení vysokofrekvenčních zesilovačů, případně velikosti vysokofrekvenčních regulačních napětí, musí být nastaveny tak, aby při jakékoliv poloze levitujícího rotujícího elementu mezi čidly 2, 3 nedošlo k limitaci zesíleného signálu na výstupu vlivem jejich saturace.

Aby vysokofrekvenční regulační a referenční signál na vstupech 5_L, 52 sčítacího zesilovače 5 byly synchronní, je v některých případech nutno kompenzovat dopravní zpoždění vysokofrekvenčního regulačního signálu v čidlech 2, 3, v separačních zesilovačích 24, 34, v úzkopásmových propustech 23, 33 a v rozdílovém zesilovači 25 pomocí fázovací ho členu 6. V méně kritických případech tato kompenzace není nutná.

to Prezentovaná metoda a jí odpovídající relativně jednoduchá konfigurace regulační smyčky zaručuje minimální vliv jak rušivého pozadí, tak celkového dopravního zpoždění regulačního signálu ve smyčce na účinnou stabilizaci levitujícího rotujícího elementu.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

5 1. Způsob stabilizace levitujícího rotujícího elementu pomocí polohových Čidel spojených s vyhodnocovacími obvody, při kterém se zjišťuje poloha levitujícího rotujícího elementu, z níž se tvoří vstupní signál regulačního zařízení, jehož výstupním signálem je levitující rotující element automaticky středěn do středu statoru, vyznačující se tím, že stabilizace levitujícího rotujícího elementu během jeho otáčení se provádí změnou střídy a výkonového pohonio ného signálu PWM, přičemž změna střídy a se ovládá změnou stejnosměrného regulačního napětí z vysokofrekvenční části zpětnovazební regulační smyčky, která v místě zjišťování polohy levitujícího rotujícího elementu obsahuje alespoň jednu dvojici vysokofrekvenčních indukčních polohových čidel (2, 3), přičemž výkonový pohonný signál PWM se generuje v digitálním signálovém procesoru (10) a velikostí střídy a výkonového pohonného signálu PWM se řídí poloha ís levitujícího rotujícího elementu v jeho radiálním směru a velikostí spínacího kmitočtu výkonového pohonného signálu PWM se řídí rychlost otáčení levitujícího rotujícího elementu.
2. Způsob podle nároku I, vyznačující se tím, že z polohových čidel (2 a
3) se odebírají souíázová vysokofrekvenční regulační napětí na vstupy vysokofrekvenčního rozdílového zesilovače (25) přes úzkopásmové propusti (23, 33).

2o 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že rozdíl soufázových vysokofrekvenčních regulačních napětí se sečte s budicím signálem vysokofrekvenčního generátoru (4) a výsledný signál se usměrňuje a vyhlazuje.
4. Zařízení pro stabilizaci levitujícího rotujícího elementu obsahující polohová čidla spojená s vyhodnocovacími obvody, přičemž polohová čidla jsou situována v prostředí s nepříznivými

25 měřicími podmínkami v blízkosti pohonu levitujícího rotujícího elementu, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň dvě konstrukčně shodné dvojice (D’, D”) polohových čidel (2, 3) obsahujících budicí primární vinutí (21, 31) indukčně spřažené se sekundárním vinutím (22, 32), přičemž budicí primární vinutí (21, 31) obou čidel (2, 3) jedné dvojice (D’) jsou připojena k větvi (411) výkonového výstupu (41) vysokofrekvenčního generátoru (4) měrného signálu,

30 sekundární vinutí (22) jednoho čidla (2) této dvojice (D’) je spojeno se vstupem první úzkopásmové propusti (23) a sekundární vinutí (32) druhého čidla (3) této dvojice (D’) je spojeno se vstupem druhé úzkopásmové propusti (33), výstup první úzkopásmové propusti (23) je připojen na invertující vstup (251) rozdílového zesilovače (25) a výstup druhé úzkopásmové propusti (33) je připojen na neinvertující vstup (252) rozdílového zesilovače (25), přičemž výstup rozdílového

35 zesilovače (25) je spojen s neinvertujícím vstupem (51) sčítacího zesilovače (5), jehož invertující vstup (52) je připojen na odporový trimr (7), jehož neuzemněný konec je připojen k výstupu fázového posouvače (6), přičemž fázový posouvač (6) je svým vstupem spojen s nevýkonovým výstupem (42’) vysokofrekvenčního generátoru (4) měrného signálu a výstup sčítacího zesilovače (5) je spojen se vstupem vysokofrekvenčního usměrňovače (8), k jehož výstupu je připojen

40 vstup vyhlazovacího filtru (9), který je svým výstupem připojen ke vstupu digitálního signálového procesoru (10).
5. Zařízení podle nároku 4, vyznačující se tím, že mezi výstupy čidel (2, 3) a vstupy úzkopásmových propustí (23, 33) jsou zařazeny separacní zesilovače (24, 34).
6. Zařízení podle nároku 4 nebo 5, vyznačující se tím. že primární a sekundární

45 vinutí (21, 31, 22, 32) čidel (2, 3) má tvar plochých spirálových cívek situovaných na protilehlých plochách tištěného spoje.
7. Zařízení podle kteréhokoliv z nároků 4 až 6, vyznačující se tím, že měrný signál vysokofrekvenčního generátoru (4) má frekvenci v dostatečném odstupu od frekvence signálů pro řízení soustavy motor - magnetické ložisko.