DE3208133A1

DE3208133A1 - Elektromagnetisches lager mit redundanzeigenschaften

Info

Publication number: DE3208133A1
Application number: DE19823208133
Authority: DE
Inventors: Maurice 27200 Vernon Brunet; Helmut Habermann
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1981-03-09
Filing date: 1982-03-06
Publication date: 1982-11-04
Also published as: DE3208133C2; US4392693A; GB2095004B; GB2095004A; FR2501314A1; FR2501314B1

Description

HOEGER₁ STELLREGKT'ä- [;

UHLANDSTRASSE 14 c ■ D 7000 STUTTGART 1

A 45 075 m -A-

m - 177 Anmelder: Societe Europeenne

3. März 1982 de Propulsion

3 Avenue du General

de Gaulle

F-92800 Puteaux

Frankreich

Elektromagnetisches Lager mit Redundanzeigenschaften

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Lager mit Redundanzeigenschaften nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

In zahlreichen Anwendungsfällen ist die Zuverlässigkeit eine wesentliche Eigenschaft. So ist es auf dem Gebiet der Aufhängung beweglicher, elektromagnetischer Organe, beispielsweise Rotoren, häufig erforderlich, jedes mögliche Versagen mechanischer, elektrischer und elektronischer Einheiten aufzufangen, welche ein aktives, elektromagnetisches Lager bilden, und eine stets kostspielige Unterbrechung des Betriebs einer mit derartigen Lagern ausgerüsteten Maschine zu vermeiden, falls ein solches Versagen auftritt. Zu diesem Zwecke wurden bereits vollständig redundante, d. h. mehrfach ausgebildete Aufhängungen realisiert, welche beispielsweise zwei zueinander identische Reihen elektromagnetischer Lager umfaßten, die nebeneinander angeordnet waren. Es ist somit möglich, die Lager der zweiten Serie in Betrieb zu nehmen, wenn sich in dem einen oder anderen Lager der ersten Serie, welche gewöhnlich in Betrieb ist, irgend ein Betriebsfehler zu zeigen beginnt. Eine derartige Ausbildung erweist sich dennoch als kostspie-

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lig und insbesondere dann wenig befriedigend, wenn der Raumbedarf, der auf die Anwesenheit zweier völlig verschiedener, nebeneinander angeordneter Lager zurückzuführen ist, prohibitiv ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteilen abzuhelfen und ein magnetisches Aufhängesystem vorzuschlagen, welches unter Beibehaltung seiner Redundanzeigenschaften, d. h. unter Erhöhung seiner Zuverlässigkeit, dennoch einfacher, preisgünstiger und raumsparender als bekannte Lagervorrichtungen ist.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß der Erfindung wird eine Einheit geschaffen, die zwei elektromagnetische Lager auf einem einzigen Kern, kombiniert und es gestattet, den Platzbedarf stark zu reduzieren, ohne dabei der Betriebssicherheit zu schaden, da die Elemente, Vielehe dazu neigen, Fehler zu zeigen, nämlich die Spulen oder die Elemente der zugeordneten elektrischen oder elektronischen Schaltkreise und Schaltelemente in wirksamer Weise mehrfach vorhanden, z. B. verdoppelt sind.

Die Anordnung zweier Reihen von Wicklungen auf ein und demselben magnetischen Kreis in der erwähnten Weise ermöglicht es,nicht nur ständig die Gesamtheit der magnetischen Fläche des Ankers auszunutzen, sondern erweist sich insbesondere in den Fällen vorteilhaft, in denen sie es gestattet, Umschaltmittel in Betrieb zu setzen, die nicht direkt auf die von Strömen hoher Intensität durchflossenen Elektromagnet-

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wicklungen einwirken, sondern in Speisestromkreise oder Versorgungsschaltungen eingeschaltet sind, um

die auf diese Weise erforderlichenfalls.wirksame Versorgung von den Wicklungsreihen zugeordneten Leistungsverstärkern zu realisieren, und zwar ausgehend von Positionsabfühleinrichtungen, welche den Speisestromkreisen zugeordnet sind. Dabei ist es möglich, dass ein nicht mit Speisestrom versorgter Leistungsverstärker immer noch von einem schwachen Ruhestrom durchflossen und nicht vollständig ausser Betrieb ist. Dieses Merkmal, welches es gestattet, eine Umschaltung in einem Stromkreisbereich vorzunehmen, in dem die Ströme verhältnismäßig schwach bleiben und auf diese Weise beispielsweise den Einsatz von Relaisanordnungen vermeidet, wird insbesondere durch die Konfiguration der verschiedenen Wicklungen ermöglicht. Hierzu sind die doppelt vorhandenen Spulen oder Wicklungen auf den beiden Polen des Elektromagneten derart ausgebildet, dass die erste Spulenoder Wicklungsreihe abwechselnd Pole entgegengesetzten Vorzeichens N, S, N, S hervorbringt, während die zweite Wicklungsreihe nacheinander zweimal einen Pol des gleichen Vorzeichens erscheinen läßt N, S, S, N. Auf diese Weise reagiert ein Kurzschluß der einen Wicklungsreihe, beispielsweise Infolge eines Betriebsfehlers des entsprechenden Leistungsverstärkers, nicht auf die zweite Wicklungsreihe. Bei einer solchen Ausbildung ist also die Betriebssicherheit selbst dann garantiert, wenn die den beiden Wicklungsreihen zugeordneten Leistungsverstärker gleichzeitig in Betrieb sind, wobei ein einziger Verstärker natürlich auf den entsprechenden Speisestromkreis umgeschaltet ist.

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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 6.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Steuervorrichtung für die erste Wicklungsreihe eines aktiven elektromagnetischen Lagers mit zwei Elektromagneten, die jeweils mit einer ersten und einer zweiten Magnetwicklungsreihe versehen sind;

Fig. 2 eine schematische Gesamtansicht einer Steuervorrichtung für die ersten und zweiten Magnetwicklungsreihen eines aktiven elektromagnetischen Lagers mit Redundanzeigenschaften;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Leistungsverstärkers, der mit den Elektromagnetwicklungen eines elektromagnetischen Lagers zusammenarbeitet.

Fig. 1 zeigt eine allgemeine Schaltanordnung zur Steuerung der Elektromagnete 20 eines aktiven elektromagnetischen Lagers, welches beispielsweise der Abstützung eines Rotors in radialer oder auch axialer Richtung dient. Die beiden dargestellten Elektromagneten 20 bilden ein Paar von Wirkeinheiten, die jeweils mit dem Rotor in der gleichen Radialebene zusammenar-

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beiten und derart einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind, dass sich ihre Effekte addieren. Die beiden Elektromagneten 20 ein und desselben Paares werden ausgehend von ein und demselben Fühler oder von einer Gruppe von Fühlern 4 gesteuert, die in der Nähe der Wirkebene der Elektromagnete angeordnet sind und dazu dienen, die Position des Rotors mit Bezug auf ein ortsfestes Trägergehäuse in der Nachbarschaft der Wirkeinheiten, welche von den Elektromagneten 20 gebildet sind, festzustellen.

Jeder Elektromagnet 20 weist eine erste Reihe von zwei Spulen oder Wicklungen H- auf, die auf einem Anker oder Magnetkern 23 angeordnet sind. Der Kern 23 besteht aus geschichteten Blechen aus ferromagnetischem Material. Die beiden Wicklungen, welche die Gesamtheit der Reihe H₁ bilden, sind an zwei Paaren aufeinanderfolgender Pole in Reihenschaltung angeordnet und in gleichem Richtungssinne gewickelt. Erfindungsgemäß weist jeder Elektromagnet ausserdem noch eine zweite Reihe von zwei Wicklungen H₂ auf, die ebenfalls in Reihe auf die beiden aufeinanderfolgenden Pole des Kerns 23 aufgebracht sind. Die beiden Wicklungen der Reihe H₂ sind jedoch in zueinander entgegengesetztem Richtungssinne derart gewickelt , dass insgesamt jeder Elektromagnet 20 ein erstes, in gleichem Richtungssinne verlaufendes Wicklungspaar sowie ein zweites Wicklungspaar aufweist, das in entgegengesetztem Richtungssinne verläuft, wobei jedes Paar eine Wicklung der Reihe H₁ und eine Wicklung der Reihe H₂ umfaßt. Jede Wicklungsreihe ist einer Gesamtheit von Versorgungsstromkreises zugeordnet, die mit einem Fühler 4 zusammenarbeiten. Aus Gründen besserer Klarheit sind

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in Fig. 1 lediglich diejenigen Speise- oder Versorgungsketten dargestellt, welche den Wicklungen der Reihe H- zugeordnet sind. Man erkennt insbesondere, dass eine Wicklungsreihe H- eines ersten Elektromagneten mit einem Leistungsverstärker 19 und bestimmten, eigentlichen Schaltelementen zusammenwirkt. Die Wicklungsreihe kann jedoch auch mit einer Versorgungskette verbunden sein, die Elemente umfaßt, welche ihrerseits mit denjenigen einer anderen Versorgungskette für eine entsprechende Wicklungsreihe H- gemeinsam sind, wobei die letzteren Wicklungen zu einem Elektromagneten gehören, der mit dem ersten Elektromagneten ein Paar bildet. Andererseits sind die Versorgungsketten für die Wicklungsreihen H- unabhängig von den Versorgungsketten der Wicklungsreihe H₂ derart, dass in elektronischer Hinsicht eine echte Redundanz, d. h. eine Verdoppelung wichtiger Schaltelemente vorliegt.

Im nachfolgenden v/erden die in Fig. 1 dargestellten Elemente der Versorgungskette für die Widiungsreihe H- beschrieben.

Das Bezugszeichen 1 bezeichnet eine stabilisierte Versorgungsschaltung von beispielsweise - 15 V für die verschiedenen elektronischen Stromkreise der Versorgungsketten. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet eine Leistungsversorgung von beispielsweise 85 V, 300 Ä oder 425 V, 30 A, die dazu dient, die Versorgung der direkt den Wicklungen der Reihe H₁ zugeordneten Leistungsverstärker 19 sicher zu stellen. Die Schaltung wird von einem Oszillator (beispielsweise 50 kHz) gebildet und dient der Stromversorgung der Detektoren oder Fühler 4 sowie der Synchronisation von Mo-

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dulatoren 18, welche den Leistungsverstärkern 19 zugeordnet sind.

Die Abfühleinrichtung/ welche dazu dient, die Position des Rotors festzustellen, kann Fühler 4 verschiedener Typen umfassen. Vorzugsweise besteht diese Einrichtung aus induktiv v/irkenden Fühlern 4, die in Brückenschaltung angeordnet sind. Der Stromkreis stellt einen Demodulationskreis dar, welcher vom Oszillatorkreis 3 gesteuert wird, um die Berichtigung oder Gleichrichtung der aus den Fühlern 4 stammenden Signale sicherzustellen. Die Schaltung 7 bezeichnet einen Regelstromkreis, welcher den stossfreien übergang des Rotors aus einer Position, in welcher er durch Hilfslager abgestützt ist, in eine Position gewährleistet, in welcher er durch elektromagnetische Lager abgestützt ist. Die aus dem Stromkreis 7 stammenden Signale werden in einer Addierschaltung 6 den Signalen zuaddiert, welche aus dem Demodulator 5 stammen. Die Schaltkreise 8 und 9 bezeichnen einen Integrator zur Erhöhung der Verstärkung und somit der Steifheit des Lagers bei sehr niedrigen Frequenzen (unterhalb von 2 Hz) bzw. einen Stabilisatorkreis, welcher einen Phasenvorschub indiziert, wie er zur Realisierung einer guten Dämpfung der Eigenfrequenzen der Rotoraufhängung erforderlich ist. Die aus dem Integrator 8 und dem Stabilisator 9 austretenden Signale werden an eine Addierschaltung 10 angelegt, deren Ausgang mit einem Tiefpassfilter 11 verbunden ist. Dieses Filter ist dazu bestimmt, den Bereich der Aufhängfrequenzen, welche einer Regelung unterliegen, zu begrenzen und gegebenenfalls schädliche Resonanzen zu verhindern. Das Filter 11 kann beispielsweise aus

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einem Tiefpassfilter zweiter Ordnung bestehen, dem gegebenenfalls Bandfilter zugeordnet sein können.

Die Multiplikatorschältungen 12, die Addierschaltungen 13 und einer Spannungsquelle 14 zugeordnet sind, dienen dazu, den Umstand zu kompensieren, dass die von einem Lager ausgeübte Kraft von der Dimension des Eisenspalts abhängt. Daher erfolgt in jedem Versorgungszweig der Wicklungsreihe H- eine Multiplikation um einen Faktor (x + e ), wobei χ das Unterschieds- oder Abstandssignal darstellt, welches vom Positionsfühler 4 geliefert ι
Spaltes ist.

4 geliefert wird, und e die mittlere Größe des Eisen-

Der Schaltkreis 15 ist eine Verteilungsschaltung zur Steuerung der Verstärker 19 von zwei den beiden Elektromagneten ein und desselben Paares zugeordneten Zweigen in Phasenopposition. Die Schaltungen 16 sind Verstärker mit Quadratwurzelziehung, um so der quadratischen Abhängigkeit der Kraft eines Lagers mit Bezug auf den eingeführten Strom Rechnung zu tragen.

Die Verstärker 17, die dazu bestimmt sind, die Variationsgeschwindigkeit des Eingangssignals zu begrenzen, dienen dazu, übermäßige überbelastungen der Leistungsverstärker 19 zu verhindert, falls Störungesignale mit starker Intensität auftreten. Die Schaltungen 18 stellen Modulatoren für das behandelte Eingangssignal dar, welches aus dem Fühler 4 stammt. Sie gewährleisten eine Modulation (beispielsweise bei 17 kHz) und gestatten eine Steuerung der Leistungsverstärker 19 bezüglich der Impulsbreite.

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Der Aufbau der Leistungsverstärker 19, welche die Wicklungen der Reihen H oder die zusätzlich vorhandenen Wicklungen der Reihe H₂ steuern, ist mit näheren Einzelheiten in Fig. 3 dargestellt. Aus dieser Figur ergibt sich auch der Anschluß einer ersten Wicklungsreihe H₁ und einer zweiten Wicklungsreihe K₂/ wobei die letzteren Wicklungen auf den gleichen Kern 23 angeordnet sind.

Wie bereits ausgeführt, sind eine erste Wicklung H₁₁ der Reihe H₁ und eine erste Wicklung H₂₁ der Reihe H₂ parallel zueinander im gleichen Wicklungssinn auf einen ersten bipolaren Kreis des Kerns 23 aufgewickelt. Eine zweite Wicklung H₁₂ der Reihe H₁ und eine zweite Wicklung H₂₂ der Reihe H₂ sind auf einen zweiten bipolaren Kreis des Kerns 23 aufgespult, jedoch mit entgegengesetztem Wicklungssinn. Die Reihe H₁ mit den Wicklungen H₁₁, H₁- ist an den Punkten P₁, P₂ mit einem Leistungsverstärker 19 verbunden. Die Reihe H₂ der Wicklungen H₂₁, H₂₂ ist an den Punkten P₁, P₂ an einen zweiten Leistungsverstärker 19 angeschlossen.

Jeder Verstärker 19 stellt eine Brückenschaltung dar und weist zwei Umschaltmittel (Komutatoren) 191, 192 auf. Der Eingang der Brücke wird durch eine kontinuierliche Speisespannung (beispielsweise 85 V) versorgt, die aus einer Versorgungsquelle 2 stammt. Die Einspeisung erfolgt über Sicherungen, vorzugsweise Schmelzsicherungen 22, welche den Verstärker im Falle eines gleichzeitigen Kurzschlusses der beiden Umschaltmittel 191, 192 abschalten. Der Ausgang der Brücke (Punkte P₁, P₂) ist mit einer Reihe von Wicklungen der Reihe H₁ oder H₂ eines Lagerelektromagneten verbunden. Der Brückenzweig, welcher mit dem positiven

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Pol der Speisespannung und mit dem einen Ende der Wicklung der Reihe H- (bzw. H₂) der Erregerwicklungen verbunden ist, umfaßt den Kollektor-Emitter-Kreis eines ersten Leistungstransistors, welcher_nerste Umschaltmittel 191 bildet. Ein weiterer Zweig der Brücke, der mit dem negativen Pol der Speisespannung und mit dem anderen Ende der betreffenden Wicklungsreihe (H-j bzw. H₂) verbunden ist /»!hält den Kollektor-Emitter-Kreis eines zweiten Leistungstransistors, der seinerseits das zweite Umschaltmittel 192 bildet. Die beiden anderen Brückenzweige weisen jeweils eine Leistungsdiode 193 bzw. 194 auf. Die Transistoren 191, 192 bilden somit eine Reihenschaltung mit den Wicklungen H^ (bzw. Hj)/ welche von demjenigen Strom durchflossen ist, welcher von der Versorgungsquelle geliefert wird, wenn die Transistoren 191 und 192 leitend sind, während die Dioden 193, 194 selbst entgegengesetzt mit Bezug auf die Polaritäten der Versorgungsspannung geschaltet sind, wobei die Kathode der Diode 193 mit dem positiven Pol der Versorgungsquelle und die Anode der Diode 194 mit dem negativen Pol der Speisespannungsquelle verbunden ist.

Die Leistungstransistoren 191, 192 werden in dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel in Phase durch eine Modulatorschaltung 18 mit einer Frequenz in der Größenordnung von 17 kHz gesteuert. Die Transistoren 191, 192 sind in Phase abwechselnd leitend gemacht oder blockiert, so dass die Spannung an den Klemmen P₁, P₂ der Wicklungen H^ (oder H₂) in gleicher Weise ihre Polarität mit der gleichen Umschaltfrequenz wechselt. Wenn die Öffnungszeit des ersten, den Transistor 191 enthaltenden Brückenzweiges (wobei diese Zeit auch

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der Öffnungszeit des zweiten Brückenzweiges mit den Transistor 192 entspricht) gleich der Verschlußzeit dieses ersten Zweiges ist (wobei diese Zeit gleicher Weise der Verschlußzeit des zweiten Erückenzweiges entspricht), ist der mittlere Strom in den Wicklungen der entsprechenden Reihen K₁ oder H- gleich Null. Jede Brücke, welche einen Leistungsverstärker 19 bildet, wird von einer Modulatorschaltung 18 gesteuert, welche das Verhältnis Öffnungszeit/Verschlußzeit der Transistoren 191, 192 variieren läßt, um so die Zirkulation eines passenden Stromes in den Wicklungsreihen H₁ oder H₂₄ermöglichen, und zwar in Abhängigkeit von den Signalen, welche von den Fühlern 4 geliefert und in den zugeordneten Behandlungsstromkreisen behandelt wurden. Die Modulationsschaltung empfängt auf diese Weise ein Signal als Funktion des von den Fühlern 4

ein
abgegebenen Signals und„Wechselspannungssignal aus dem Oszillator 3, welches mit dem den Stromkreisen 5 angelegten Signal synchronisiert ist.

Im Betrieb bleibt jede Wicklungsreihe H₁ oder H₂ an die Versorgungsquelle 2 angeschlossen. Es ist jedoch nur eine einzige Wicklungsreihe H1 oder H₂ durch die zugeordnete Modulatorschaltung gesteuert, während die ungesteuerte Wicklungsreihe von einem schwachen Ruhestrom durchflossen ist. Die Umschaltung zwischen den Wicklungen H₁ oder H₂ wird somit vor oder oberhalb der Leistungsverstärker 19 vorgenommen,und zwar mittels der Komutatoren 21.

Die Betriebsweise der j-iedudanten, elektronischen Schalt- ., ^e¹IcIIe mit einem gemeinsamen Elektromagneten 20 zusammenarbeiten, wobei der Elektromagnet seinerseits mit zwei ein und demselben Kern 23 zugeord-

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neten Wicklungsreihen H- oder H₂ ausgestattet ist,u//re im nachstehenden mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben.

Jede einzelne Wicklungsreihe H-, H, ist einer eigenen Versorgungskette zugeordnet, die sich aus folgenden Teilen zusammensetzt:

Eine Abfühleinheit I-, I₂, die einen vorzugsweise induktiven Fühler 4 aufweist, welcher dazu dient, die Position eines Rotors mit Bezug auf einen Stator festzustellen, wobei der Fühler seinerseits einem Oszillator 3 und einem Demodulator 5 zugeordnet ist?

eine Einrichtung II-, H₂ zur Behandlung des von der Abfühleinheit gelieferten Signals mit Schaltelementen, wie sie in Fig. 1 mit den Bezugszeichen 6 bis 18 bezeichnet sind;

Umschaltmittel HI₁, 11I₂' welche einen Komutator oder Umschalter 21 umfassen;

eine Leistungsverstärkerstufe IV₁, IV₂ mit^em Leistungsverstärker 19 und in diesem zugeordneten Schutz 22.

Aufgrund der Tatsache, dass die von den Elektromagneten ausgeübte Anzugskraft proportional dem Quadrat des Erregungsstromes ist, ist sie vom Vorzeichen des Stromes unabhängig. Wenn man die Umschaltung mit Hilfe der Stufen HI₁, IH₂ zwischen einer ersten Versorgungskette, die gewöhnlich in Betrieb und den Wicklungen der Reihe H₁ zugeordnet ist und einer zweiten redudanten oder zur Verdoppelung vorhandenen Versor-

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gungskette, welche den Wicklungen der Reihe H₂ zugeordnet ist, vollzieht, ändert sich die Richtung des magnetischen Flusses im Elektromagneten, welcher durch das Polpaar gebildet ist, die die Wicklungen ^H12' ^H22 ^tra9^en· Hieraus folgt, dass die beiden Versorgungsketten nicht gleichzeitig arbeiten dürfen; denn der Fluss würde dann in dem Teil des Elektromagneten, welcher von den Wicklungen H--, H₂₁ gebildet, verdoppelt und in dem Teil des Elektromagneten, welcher von den Wicklungen H-₂, H₃₂ gebildet ist, annuliert. Andererseits kann der Kreis einer Wicklungsreihe H- oder H₂ kurzgeschlossen (oder in gleicher Weise offen) sein, ohne dass der Betrieb der anderen Wicklungsreihe hierdurch beeinflußt ist. Somit genügt es im Falle einer Panne in einer der Versorgungsketten die Umschaltung der Steuerung der Leistungsverstärker 19 mit Hilfe der Umschalter 21^vollziehen, um die von den Transistoren des Verstärkers in der fehlerhaften Kette modulierte Steuerung stillzulegen und die von den Transistoren des Leistungsverstärkers 19 in der anderen Kette modulierte Steuerung^ zu -leiten. Andererseits kann der Mickf gesteuerte Leistungsverstärker spannungsversorgt verbleiben und der zugeordneten Wicklungsreihe einen schwachen RukiPrrtiiti liefern, welcher den Betrieb der anderen Wicklungsreihe nicht beeinflußt.

Nachstehend werden die Mittel zur Feststellung von Fehlern beschrieben, die dazu eingesetzt werden, um einen Fehler oder eine Beschädigung in einer Versorgungskette oder in der zugeordneten Wicklungsreihe H- festzustellen und um alsdann die Umschaltung auf die redudante oder doppelt vorhandene Einheit zu

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steuern, Vielehe, der anderen Wicklungsreihe H₂ zugeord~ net ist.

Die Gesamtheit, welche von einer Versorgungskette, beispielsweise I-, H₁, III-, IV- und der zugeordneten Wicklungsreihe H- gebildet ist, dient dazu zu gewährleisten, dass ein Rotor in einer vorbestimmten Sollposition gehalten wird. Infolgedessen ermöglicht es eine überwachung· des Ausgangssignals aus der Positions-Abfühlstufe I« zu bestimmen, ob dieses Signal von dem Wert, welcher der Sollstellung entspricht, far/f abweicht oder nicht. Im Falle einer zu starken Abweichung liefert ein Steuerkreis 25 Steuersignale, welche die Umschaltmittel III-, und IH₂. derart aktivieren,^sich ein übergang des Betriebs von der er- . ... sten Versorgungskette auf die zweite, zur Verdopplung vorhandene Versorgungskette vollzieht. Steuer- und Überwachungsmittel, wie beispielsweise ein Voltmeter 24, welches mit Anzeigemitteln 34 und einem Schaltelement verbunden ist, vergleichen permanent die Ausgangssignale aus den Abfühlstufen I- und I~ und nehmen an der Ausarbeitung eines Umschalt-Steuersignals für.den Fall

u»inf teil, dass ein vorgegebener Wert überschritten^ Steuer- und Überwachungsmittel 26, 36, die einer zusätzlichen Abfühlstufe I-, die ihrerseits von den beiden betreffenden Versorgungsketten unabhängig ist, zugeordnet sind, können es gestatten festzustellen, ob ein Betriebsfehler vom Fühler I₁ selbst oder von den Stromkreisen ' H₁, IH₁ oder IV₁ herrührt.

Die Fehlerabfühlung und Fehlerfeststellung wird ausserdem in wirksamer Weise im Bereich der Wicklungen der Reihe H₁ (bzw. H₂) durchgeführt, und zwar mit Hilfe

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von Stromkreisen 28, 29, welche den durch die Wicklungen dieser Reihen fliesenden Strom messen. Die Stromkreise oder Schaltelemente 28, 29, die ebenfalls mit dem Steuerstromkreis 25 verbunden sind, ermöglichen es, die Umschaltung auf die letzteftVersorgungskette hervorzurufen, falls in den Wicklungen H₁ eine überintensität oder eine zu plötzliche Variation der Stromstärke in diesen Wicklungen auftritt. Ein Voltmeter 27 bewirkt in gleicher Weise eine Messung der Wechselspannung (17 kHz im betrachteten Ausführungsbeispiel) am Ausgang des Leistungsverstärkers 19 und kann auf diese Weise ebenfalls zur Peststellung von Betriebsfehlern beitragen. Ähnliche Mess-Schaltkreise 27, 28, 29 sind mit den Wicklungen der Reihe H- verbunden und arbeiten mit entsprechenden Signalmitteln 37, 38 bzw. 39 zusammen, um das Funktionieren der zweiten Versorgungskette zu überwachen, die ihrerseits immer in Betrieb bleibt. Wenn aber die erste , mit den Wicklungen der Reihe H₁ verbundene Versorgungskette in Betrieb ist (Umschalter 21 der Stufe IH₁ in Schließstellung) funktioniert die mit den Wicklungen der Reihe H- verbundene Versorgungskette mit dem Umschalter 21 der Stufe III2 iⁿ Offenstellung, und die Wicklungen der Reihe H- werden nur von einem schwachen Ruhestrom durchflossen, welcher seinerseits den Betrieb des Leistungsverstärkers IV₁ der anderen Kette nicht stört, deren Transistoren durch entsprechende Impulse gesteuert sind. Die Amperemeter 28, 29 ermöglichen eine überwachung des Ruhestroms, so dass dieser im Leistungsverstärker IV- und in den Wicklungen der Reihe H„ einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Nicht dargestellte überwachungs- und Steuermittel gewährleisten ferner auch einen Vergleich der am Ausgang der Signal-

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behandlungsstufen II- und II- vorhandenen Signale, und zwar vor den Umschaltmitteln III- und IH₂* Die Ketten II- und H₂ bleiben ebenso wie die Äbfühlstufen I.J und I₂ dauernd im Betrieb. Im Falle einer Fehlerfeststellung durch die Schaltkreise 24, 27, 28 oder 29 steuert der Steuerschaltkreis 25 die Umschaltung der beiden Umschalter 21 in den Stufen IH₁ und IH₂ mit öffnung des Umschalters der Stufe IH₁ und Schliessung des Umschalters der Stufe IH₂. Die mit den Wicklungen der Reihe H₂ verbundene Versorgungskette kann alsdann diese Wicklungen steuern, und zwar in Abhängigkeit von den Signalen, die von der Abfühlstufe I₂ abgegeben werden. Auf diese Weise ist es dem elektromagnetischen Lager ermöglicht, seine Rolle ständig auszuüben, ohne dass dabei eine Störung mit Bezug auf den elektromagnetisch aufgehängten Rotor eintritt. r

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Leerseite

Claims

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PATENTANWÄLTE UHUANDSTRASSE IiC-D 7OOO STUTTGART 1

A 45 075 m Anmelder: Societe Europeenne

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Gaulle

F-928OO Puteaux Frankreich

Patentansprüche

Elektromagnetisches Lager mit Redundanzeigenschaften zur Abstützung eines beweglichen Organs mit wenigstens einer Reihe (H-) von einem Kern (23) zugeordneten Elektromagnetwicklungen, mit wenigstens einem Fühler (I) zur Feststellung der Lage des beweglichen Organs bezüglich eines ortsfesten Gehäuses und mit wenigstens einem mit dem Fühler (I) und der Wicklungsreihe (H₁) verbundenen Speisestromkreis (II, IV) zur Steuerung der Stromversorgung der Wicklungen in Abhängigkeit von aus dem Fühler stammenden Signalen, um so das bewegliche Organ in einer vorbestimmten Stellung zu halten, dadurch gekennzeichnet,-dass erste und zweite Reihen (H-) bzw. (H₂) von Elektromagnetwicklungen vorgesehen sind, die jeweils eine gerade Anzahl von Wicklungen umfassen und auf dem. gleichen Kern derart angeordnet sind, dass auf jedem Teil des bipolaren Kerns eine Wicklung der ersten Reihe (H^) und eine Wicklung der zweiten Reihe (H₂) aufgebracht ist und die aufeinanderfolgenden Wicklungen der ersten Reihe (H-) alle in gleichem Richtungssinne verlaufen^ während die Wicklung^der zweiten Reihe (H₂), welche die Wicklungen der ersten Reihe redundierend verdoppeln, bezüglich den Wicklungen der ersten Reihe (H-) abwechselnd in

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gleichem und entgegengesetztem Richtungssinne verlaufen, dass jeder Wicklungsreihe (H₁, H_) ein Fühler (I) und ein Speisestromkreis (II, IV) zugeordnet sind und dass Umschaltmittel (III) vorgesehen sind, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal die eine oder die andere Wicklungsreihe (K₁), (H₂) mit dem entsprechenden Speisestromkreis (H₁ , IV₁; H₂, ¹V₂) verbinden.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zum Abfühlen des Unterschiedes zwischen dem Ausgangssignal des Fühlers (I) und einem Sollwert vorgesehen sind, und dass das Steuersignal für die Umschaltmittel (III) eine Funktion dieses Unterschiedes ist.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Strommesser zur Messung des elektrischen Stromes in den Wicklungen jeder Reihe (H₁, H₂) vorgesehen sind, und dass das Steuersignal für die Umschaltmittel (III) eine Funktion des von diesen Strommessern gelieferten Signals ist.
4. Lager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Speisestromkreis (II, IV) jeder Wicklungsreihe Mittel (II) zur Behandlung des aus dem Fühler (I) stammenden Signals sowie einen Leistungsverstärker (IV) umfaßt, der dauernd unabhängig von der Stellung der Umschaltmittel (III) in Betrieb ist, welche ihrerseits vor jedem Leistungsverstärker (IV) angeordnet sind, und dass der nicht auf die entsprechenden Signalbehandlungsmittel (H₂) umgeschaltete Leistungsverstärker (IV₂)

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mit Ruhestrom arbeitet, der bezüglich des Stromes in dem auf die entsprechenden SignalbehandXungsmittel (H-) umgeschalteten Leistungsverstärker (IV-) schwach ist.
5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es an entsprechenden Punkten der den beiden Wicklungsreihen (H-, H-) zugeordneten Signalbehandlungsmittel (II-,, H₂) Signalvergleichsmittel umfaßt.
6. Lager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Leistungsverstärker (IV-, IV₂) iri Brückenschaltung zwei Leistungstransistoren (191, 192) und zv/ei Dioden (193, 194) umfaßt, und dass die Leistungstransistoren (191, 192) in Phase durch Impulse gesteuert sind, deren Breite eine Funktion desjenigen Signals ist, das vom entsprechenden Fühler (I₁, I₂) geliefert und durch die entsprechenden Signalbehandlungsmittel (H₁ , H₂) behandelt ist, wenn der betreffende Leistungsverstärker (IV₁, IV₂) auf die entsprechenden Signalbehandlungsmittel (H₁ , H₂) umgeschaltet ist.