FR2726338A1 - Circuit de commande pour un systeme de paliers magnetiques actifs - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un système de paliers magnétiques. Le système est caractérisé en ce qu'il comprend notamment un circuit de commande (70) imbriquant les intervalles de mise en service et hors service des bobines dans les paires d'électro-aimants (30-33; 40-43) de sorte qu'une bobine de la paire est mise hors service pratiquement en même temps que l'autre bobine de la paire est mise en service. L'invention trouve application dans le domaine des paliers magnétiques.

Description

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L'invention concerne des paliers magnétiques actifs et plus particulièrement un circuit de commande à grand

rendement pour de tels paliers magnétiques.

Les paliers magnétiques sont utilisés pour supporter des arbres dans divers types de machines et d'instruments. Les paliers magnétiques passifs utilisent seulement des aimants permanents et n'ont aucun moyen de commande électronique. Les paliers magnétiques actifs utilisent des électro-aimants et ont des commandes électroniques associées pour contrôler le courant à travers les électro-aimants et contrôler ainsi la position de l'arbre. Des systèmes hybrides

utilisent à la fois des aimants permanents et des électro-

aimants avec des commandes électroniques pour ces derniers.

Les systèmes de paliers magnétiques actifs fournissent la forme la plus fiable et la plus complète de contrôle et sont ainsi le type de paliers magnétiques préféré pour la présente invention.

Les paliers magnétiques peuvent être radiaux ou axiaux.

Dans les paliers magnétiques radiaux actifs, plusieurs électro-aimants sont espacés angulairement autour d'un arbre et, lorsqu'excités, produisent des forces magnétiques opposées qui amènent l'arbre à se soulever par lévitation

dans l'espace libre défini par le groupe d'électro-aimants.

Des détecteurs d'arbre détectent la position de l'arbre et varient l'excitation des électro-aimants de telle manière à garder l'arbre centré précisément sur un axe souhaité. Les paliers magnétiques axiaux agissent comme paliers de poussée ou de butée pour maintenir la position axiale de l'arbre. Ils sont contrôlés de façon similaire aux paliers magnétiques radiaux, mais fonctionnent typiquement en conjonction avec un disque supporté sur l'arbre et agissent pour maintenir le disque en une relation prédéterminée entre une paire de

bobines électromagnétiques opposées.

Dans un système de paliers magnétiques, l'arbre est typiquement soulevé par lévitation avant rotation et les paliers magnétiques supportent l'arbre à partir de ce moment à travers son étendue complète du fonctionnement. Toutes les

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charges auxquelles la machine est sujette, telles que charges de vibration et analogues, sont ainsi appliquées aux paliers magnétiques. Les systèmes de commande sont adaptés pour compenser des charges variant pour maintenir l'arbre dans une position centrée prédéterminée soulevé par lévitation dans

les paliers.

Puisque l'arbre doit être continuellement supporté, les électro-aimants des paliers doivent être continuellement excités. Dans certaines applications, la quantité d'énergie

consommée par les paliers n'a pas de conséquence importante.

Des amplificateurs linéaires qui attaquent continuellement des bobines opposées dans une paire peuvent être utilisés et les courants dans les amplificateurs linéaires s'équilibrent pour créer des forces opposées qui maintiennent l'arbre soulevé par lévitation dans une position centrée entre les paliers. Cependant, dans de nombreux cas, la consommation d'énergie par les paliers magnétiques est un facteur. Par exemple, on souhaite souvent réduire la consommation d'énergie dans des applications o, seulement une quantité limitée d'énergie est disponible. De plus, dans des situations o la charge thermique augmentée produite par l'énergie en excès dissipée dans les électro-aimants des paliers est un facteur, le rendement augmenté se traduit en moins de production de chaleur. Ainsi, dans de nombreuses applications, telles que des applications aéronautiques, la capacité de l'alimentation en énergie est limitée, rendant souhaitable un rendement augmenté. Dans de telles applications, les paliers continueront de façon souhaitable à fonctionner sur de longues périodes d'une façon fiable, si non soumis à la production de chaleur augmentée résultant de la dissipation d'énergie en excès. De telles considérations rendent souhaitables de commander les électro-aimants avec un minimum d'énergie, concentrant l'énergie sur les forces réellement nécessaires pour soulever par lévitation les paliers.

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Le fait que les électro-aimants sont des inducteurs d'inductance raisonnablement grande introduit un nombre de complications. Dans des alimentations à découpage, telles que des alimentations à modulation de largeur d'impulsions, le courant aux bobines peut être modulé. Cependant, bien qu'il soit relativement net de mettre rapidement en circuit un inducteur, si l'inducteur est mis hors circuit de façon rapide, la caractéristique d'un inducteur qui tend à maintenir sa circulation de courant, amène l'inducteur, lors d'interruption de circuit, à apparaître comme une source de tension relativement élevée. Dans certaines applications, des diodes en dérivation sont typiquement couplées à travers la bobine afin d'empêcher des transitoires grands de détruire des composants de commutation électroniques et de dissiper l'énergie en excès dans la bobine. Cependant, l'énergie qui est dissipée est dissipée sous la forme de courant à travers la bobine et la diode de dérivation et contribue finalement à des pertes I2R et à un développement de chaleur. Ainsi, non seulement l'énergie qui se développe dans la bobine pendant l'intervalle de mise en circuit est perdue, mais elle est perdue d'une manière qui aggrave le problème contribuant au

développement de chaleur.

Dans de nombreuses applications, telles que des applications aéronautiques, l'alimentation en énergie la plus facilement disponible est à un niveau de tension qui n'est pas nécessairement optimisé pour les exigences rapides de mise en circuit/mise hors circuit souhaitées pour des électro-aimants de paliers magnétiques. On souhaite produire des forces variables et hautement contrôlables qui sont directement proportionnelles à un signal de commande variable. La force produite par un palier magnétique est directement proportionnelle au courant à travers la bobine du palier. La largeur de bande (vitesse) d'un palier magnétique dépend de la rapidité par laquelle le courant peut être commuté par la bobine (di/dt). Cette vitesse de commutation de courant est gouvernée par l'équation V=L*di/dt ou autrement dit, la tension de bobine est égale à l'inductance

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de bobine multipliée par la dérivée première du courant de bobine par rapport au temps. Puisque l'inductance de la bobine est une fonction de la géométrie de la bobine et des matériaux des aimants, elle est relativement constante (en supposant un entrefer de paliers magnétiques constants et des niveaux de courant bien en dessous du niveau de saturation du matériau magnétique) et relativement indépendante de la tension et du courant de bobine. De ce fait, pour une inductance donnée (L), la vitesse de balayage du courant (di/dt) dépend de la tension appliquée à la bobine. Autrement dit, di/dt=V/L. Il s'ensuit de ce fait que pour augmenter la largeur de bande du palier (en supposant une constante L), la tension de bobine doit être augmentée. Les circuits de commande conventionnels, cependant, fixent le niveau de tension de bobine lors d'une mise hors circuit à une chute de tension de diode unique (approximativement de 0,7 volt) et de ce fait la di/dt dans la portion de mise hors circuit du cycle est limitée à 0,7/L. Un des avantages du circuit de commutation de la présente invention est que pour la portion de mise hors circuit du cycle, toute la tension d'alimentation est appliquée en polarisation inverse à travers la bobine. Ainsi, en supposant une tension d'alimentation de 28 volts, selon la présente invention, une di/dt de 28/L peut être accomplie. Ainsi, la di/dt à la mise hors circuit de la bobine est augmentée d'un facteur d'environ 40 par rapport au circuit conventionnel. En considérant en particulier le fonctionnement à des tensions continues relativement basses, telles que de 28 volts, on s'attend à rencontrer des situations o les compromis entre l'inductance de l'électro-aimant, les forces produites, le circuit magnétique et la largeur de bande souhaitée sont insuffisants au niveau d'alimentation utilisant l'approche conventionnelle pour produire les cadences de fonctionnement

et la largeur de bande souhaitées.

Au vu de ce qui précède, c'est un but général de la présente invention de réaliser un système de paliers magnétiques dans lequel le circuit de commande est configuré

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pour un fonctionnement à grand rendement et pour réduire

l'absorption de la puissance d'énergie.

La présente invention a deux objectifs en relation mutuelle: Selon le premier, c'est un objet de configurer un circuit à diodes qui ramène l'énergie à l'alimentation plutôt que de la dissiper dans un inducteur lors de la mise hors circuit, produisant également potentiellement une

augmentation significative dans di/dt.

En accomplissant l'objet ci-dessus, c'est un autre objet de la présente invention de réaliser un circuit de commutation pour une utilisation avec l'inducteur d'un électro-aimant dans un système de paliers magnétiques actifs, le circuit de commutation permettant à l'alimentation d'être rapidement appliqué à la bobine lors de la mise en circuit et produisant une application rapide de l'alimentation de façon en polarisation inverse à la bobine lors de la mise hors circuit pour ramener de l'énergie de la bobine à l'alimentation. Selon le second objectif principal, c'est un objet

d'accorder le fonctionnement d'un certain nombre d'électro-

aimants dans un système de paliers magnétiques de telle manière que certaines des bobines sont mises hors service tandis que d'autres des bobines sont soit en service soit sont mises en service. De cette manière, les bobines mises hors service, qui sont configurées pour retourner de l'énergie à l'alimentation, auront cette énergie retournée absorbée par les bobines mises en service pour réduire

l'absorption d'énergie nette de l'alimentation.

C'est un objet résultant de réaliser un système de paliers magnétiques qui est d'utilité général en ce qu'il peut être rajusté à un système existant sans imposer des demandes d'énergie significatives sur les alimentations d'énergie disponible pour des systèmes, telles que des

applications de rééquipements d'avion.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci

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apparaîtront plus clairement dans la description explicative

qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un système de paliers magnétiques comprenant une paire de paliers radiaux et un palier axial unique associés à un arbre tournant; la figure 2 est un schéma illustrant la relation mutuelle des composants électriques et électroniques du système de la figure 1; - la figure 3 est un schéma bloc illustrant les composants électriques et électroniques d'un système de paliers magnétiques selon la présente invention; - la figure 4 est un schéma schématique du circuit de commutation et sa relation à la bobine électromagnétique qu'il contrôle, représentant les trajets de transfert d'énergie à la bobine et de celle-ci; - la figure 5 est un schéma schématique illustrant un circuit de commande à modulation à largeur d'impulsions utilisable en liaison avec la présente invention; la figure 6 est un schéma schématique illustrant les éléments électroniques du circuit de commande utilisé en mettant en oeuvre le mode de réalisation préféré de la présente invention; et - les figures 7A-7C sont des graphes illustrant certaines formes d'onde qui se produisent dans les circuits

des figures 5 et 6.

Bien que l'invention sera décrite en liaison avec certains modes de réalisation préférés, on n'a pas

l'intention de limiter celle-ci à ces modes de réalisation.

Au contraire, l'intention est de couvrir toutes les alternatives, modifications et tous les équivalents inclus dans l'esprit et la portée de l'invention telle que définie

aux revendications annexées.

En se tournant maintenant aux dessins, la figure 1 représente la configuration mécanique générale d'un système

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de paliers magnétiques 20 exemplifiant la présente invention.

Une paire de paliers magnétiques radiaux actifs sont représentés généralement en 21, 22 supportant un arbre 23 à des emplacements espacés. Chaque agencement de palier comprend un certain nombre d'électro-aimants et un certain nombre de détecteurs de position. Comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous, des signaux dérivés de détecteurs de position sont bouclés à un système de commande pour contrôler le courant dans les électro-aimants et de la sorte soulever par lévitation l'arbre à une position prédéterminée généralement centrée dans l'espace ou l'entrefer formé entre les électro- aimants. En se référant plus en détail à la figure 1, l'ensemble de palier magnétique 21 est représenté comme comprenant quatre bobines 30-33. Bien que non nécessaire pour une orientation par rapport à tout axe particulier, dans le système il est pratique de définir des axes orthogonaux X et Y afin de décrire le positionnement relatif des éléments. A cette fin, les électro-aimants 30 et 31 de l'ensemble de palier magnétique 21 sont définis comme les aimants de l'axe X et les aimants 32, 33 comme les aimants d'axe X. L'arbre 23 est en un matériau électromagnétique, de préférence laminé, et lorsque centré dans l'intervalle entre les électro- aimants a un jeu de

l'ordre de 0,013 cm (0,005 pouce), par exemple.

Les détecteurs de position d'arbre 34, 35 sont montés pour mesurer la position de l'arbre sur respectivement les axes X et Y. Bien qu'un nombre de détecteurs de position d'arbre peut être utilisé, on préfère utiliser le détecteur à réluctance variable décrit et revendiqué dans la demande déposée ce même jour au nom de Howard E. Taylor ayant pour titre "Position Sensor" et cédée au même cessionnaire que la

présente invention.

En se tournant à l'ensemble de palier magnétique de droite 22, on voit qu'un tel palier est construit d'une façon similaire à l'ensemble de gauche 21. Une paire de bobines d'axe Y 40, 41 coopèrent avec une paire de bobines d'axe X

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42, 43 et des détecteurs 44, 45 détectent une position d'arbre respectivement dans les axes Y et X. Puisque l'arbre est ainsi librement supporté lorsqu'il se soulève par lévitation, des moyens sont prévus pour maintenir une position axiale appropriée de l'arbre. Dans le mode de réalisation illustré en figure 1, un ensemble de palier magnétique axial actif 24 est prévu. La configuration physique de l'ensemble de palier 24 est quelque peu différente de celle des paliers radiaux 21, 22, mais la fonctionnalité globale est à peu près la même. Le palier axial 24 comporte une paire d'électro-aimants 50, 51 adaptés pour fonctionner en conjonction avec une bride 52 étendue à partir de l'arbre 23. La bride, comme l'arbre, est en matériau électro-magnétique. Des courants appliqués aux électro-aimants 50, 51 maintiennent la bride 52 centrée dans l'intervalle entre les électro-aimants 50, 51. Un détecteur de position 55 fournit un signal représentatif de la position de la bride 52 et ce signal est utilisé dans le circuit de rétro-action pour les électro-aimants 50, 51 pour fournir des niveaux de courant appropriés pour centrer l'arbre et

maintenir celui-ci dans la position centrée.

D'autres éléments mécaniques sont typiquement associés à un système de paliers électromagnétiques et au mécanisme qu'il commande. Cependant, dans des buts de compréhension de la présente invention, la forme et la configuration des

éléments introduits en figure 1 est adéquate.

Avec cela à l'esprit, en se tournant maintenant à la figure 2, on a représenté le système de palier magnétique 20 de la figure 1, illustrant de plus l'association schématique

du système avec le circuit électronique de commande.

L'agencement de palier magnétique 21 est représenté à gauche de la figure, constitué des bobines d'attaque Y 30, 31 et des bobines d'attaque X 32, 33. Le palier magnétique radial 22 de droite et le palier axial 24 sont illustrés de façon

similaire sur la figure.

En mettant en oeuvre l'invention, les bobines des électro-aimants sont agencées en paires pour une commande et

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un circuit de commande est adapté pour commander les paires de bobines de manière à minimiser l'énergie ou puissance nette tirée d'une source d'alimentation généralement indiquée en 60. Par souci de clareté, l'alimentation telle que représentée en figure 2 est reliée seulement aux moyens de commande respectifs. Un premier moyen de commande 61 est agencé pour commander la paire de bobines 30, 31 de direction Y de l'agencement de palier 21. De façon similaire, un second moyen d'attaque de bobines similaire 62 est adapté pour attaquer la paire 32, 33 de direction X de l'ensemble de palier 21. Des moyens de commande ou d'attaque additionnels 63, 64 sont adaptés pour commander la paire 40, 41 de direction Y et la paire 42, 43 de direction X de l'agencement de palier 22. Finalement, un moyen de commande 65 est adapté pour commander la paire 50, 51 du palier axial de poussée ou

de butée.

Tous les moyens de commande ou d'attaque sont commandés à partir d'un contrôleur unique 70, de préférence un contrôleur à base de microprocesseur. Comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous, le contrôleur 70 est un contrôleur à modulation de la variété de commutation qui module un courant aux bobines d'électro-aimants commandées respectives en contrôlant les temps de mise en service et de mise hors

service des impulsions de commande couplées à ces bobines.

Dans le mode de réalisation préféré, une modulation à largeur d'impulsions est utilisée. Dans une commande à modulation à largeur d'impulsions conventionnelles, la période d'impulsions est de durée fixe et la largeur de l'intervalle de mise en service pendant la période d'impulsions de durée fixe est réglée pour moduler du courant à la sortie. Bien que la modulation à largeur d'impulsions sera décrite dans le présent mode de réalisation et est le mode de réalisation actuellement préféré, on appréciera que d'autres formes de modulations de commutation peuvent être utilisées, telles que la modulation en fréquence, la modulation de position d'impulsions, et analogues. Comme cela deviendra plus

apparent au fur et à mesure de la description, peu importe

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laquelle forme de modulation qui sera utilisée, étant entendu qu'il est simplement nécessaire d'amener les modulateurs pour une paire à être hors phase et de commander les commutateurs associées dans une paire de sorte qu'avant qu'une bobine donnée soit mise hors circuit, il y a une autre bobine dans la paire qui a été mise en circuit ou qui est en train d'être mise en circuit. A cet égard, en considérant que la fréquence du fonctionnement typique des systèmes de modulation à utiliser sera de l'ordre de 40 kHz, et en considérant la dimension relativement grande des inducteurs, il y a aura très peu d'opportunité à des niveaux de courant dans n'importe quelle bobine pendant une impulsion donnée d'atteindre un état d'origine permanent, de sorte qu'aussi longtemps que les commutateurs de commande à une bobine donnée sont en service, on peut s'attendre à ce que le courant s'établisse à travers la bobine associée pendant la

durée de l'intervalle de mise en service.

Dans le mode de réalisation préféré de l'invention à modulation à largeur d'impulsions, dans l'état de repos, la largeur d'impulsion est établie à un niveau juste au-dessus de 50 %, de sorte qu'une quantité définie d'énergie est en train d'être transférée aux électro-aimants, bien que la quantité soit plutôt petite. Si le cycle de travail était réglé à 50 % ou en dessous de 50 %, il y aurait peu de transfert d'énergie aux électro-aimants car le courant retourne toujours à zéro pendant le cycle hors service et la valeur moyenne de ce fait reste petite. Pour des cycles de travail au-dessus de 50 %, le courant ne retourne pas à zéro pendant chaque cycle de mise hors service, mais plutôt augmentera pendant chaque cycle jusqu'à ce qu'une valeur d'état de régime permanent soit atteinte. Le changement de courant pour un changement donné en % du cycle de travail est beaucoup plus grand pour des cycles de travail au-dessus de % que pour des cycles de travail en dessous de 50 %. De ce fait, dans le mode de réalisation préféré, il est souhaitable de maintenir le cycle de travail au repos près de 50 % ou légèrement au-dessus de 50 % pour permettre un courant rapide

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et le développement d'une force résultante dans le cas de

conditions ou de forces transitoires non au repos.

On voit qu'en plus d'avoir une connexion de circuit

entre le contrôleur 70 et chacun des circuits de commande 61-

65, tous les détecteurs de position 34, 35, 44, 45 et 55 sont reliés au contrôleur. Le contrôleur utilise une information de position fournie par les détecteurs d'arbre pour calculer des signaux de demande au contrôleur à modulation à largeur d'impulsions pour les bobines respectives afin de contrôler la largeur d'impulsions des impulsions de commande transmises aux bobines. De préférence, les détecteurs associés à l'un des paliers magnétiques sont utilisés seulement pour des impulsions de commande pour ce palier. Par exemple, les détecteurs 34, 35 sont utilisés pour contrôler les impulsions de commande seulement pour les électro-aimants 30-33. Dans une implantation particulière, il peut être possible d'utiliser seulement le détecteur 31 d'axe X pour contrôler seulement les bobines d'attaque Y 30, 31 et le détecteur X 35

pour contrôler les bobines d'attaque X 32, 33.

Alternativement, le processeur 70 a une puissance de calcul adéquate pour calculer une information vectorisée en combinant les signaux de position des détecteurs 34, 35 et

produisant des signaux de commande composés aux électro-

aimants sur les axes X et Y, ou sur n'importe quel autre

système de coordonnées.

La figure 3 représente une autre vue du circuit de commande avec une perspective légèrement différente de la figure 2, prise du point de vue de la configuration électronique, sans illustrer la relation de position physique dans le système de paliers magnétiques. La figure 3 représente un certain nombre de circuits de commutation d'énergie 100 commandant les bobines électromagnétiques respectives 101 qui comprennent les éléments de sortie du système de paliers électromagnétiques. Un processeur de signaux numériques 102 produit un certain nombre de signaux de commande de commutation pour les commutateurs respectifs d'énergie 100. L'alimentation 60 est couplée à tous les

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circuits de commutation d'énergie pour coupler l'énergie aux bobines électromagnétiques 101. Les détecteurs de position en figure 3 sont généralement indiqués en 103 et sont couplés par des interfaces de détecteurs de position 104 à un système d'acquisition de données 105. Le système d'acquisition de données 105 est à son tour couplé à un bus d'adresse 106 et un bus de données 107 du processeur de signaux numériques 102. De ce fait, le processeur 102, en examinant son bus d'adresse de données et répondant à des interruptions si nécessaire, agit à travers le système d'acquisition de données 105 pour échantillonner et prélever des lectures de la position de l'arbre au moyen des détecteurs de position d'arbre 103 et des interfaces 104. Le système d'acquisition de données 105 comprend également des connexions 110 à l'alimentation et un détecteur de température 111 pour mesurer des conditions environnantes. Ces conditions sont rapportées par le système d'acquisition de données 105 au processeur de signaux numériques qui peut utiliser cette information en traitant des algorithmes conçus pour régler les impulsions de commande aux électro-aimants en conséquence. De nombreux schémas de commande pour des paliers magnétiques font utilisation de la vitesse de rotation réelle de l'arbre. Par exemple, la connaissance de la vitesse de rotation de l'arbre permet au système de commande de distinguer entre des vibrations systématiques qui sont une fonction de la rotation de l'arbre ou vibration de charge et des perturbations non systématiques introduites extérieurement. De ce fait, une interface de vitesse est prévue sous la forme d'un capteur d'interface de vitesse 114 qui contrôle l'arbre 115 pour déterminer la vitesse de rotation de celui-ci. Une interface 116 fournit une entrée numérique au processeur de signaux numériques 102

représentative de la vitesse de l'arbre.

En revenant de nouveau aux électro-aimants 100, les lignes en pointillés enfermant des paires d'électro-aimants concernent la représentation de la figure 3 à celle de la

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figure 2. Par exemple, la paire supérieure de bobines est désignée comme moyen de commande 61, la seconde paire comme moyen de commande 62 et ainsi de suite. Les rectangles en pointillés entourant les paires de circuit de commutation d'énergie 100 sont à extrémité ouverte à gauche, indiquant qu'à une extension à décrire ci-dessous, les éléments du processeur de signaux numériques 102 qui produisent les sorties à modulation à largeur d'impulsions pour les paires

sont des éléments des circuits de commande.

En se tournant à la figure 4, on a illustré la structure de l'un des signaux de commande 100 construite selon la présente invention. Dans un grand nombre d'applications pour des paliers magnétiques, le rendement est d'importance. Bien que des amplifications linéaires aient été utilisés dans le passé pour commander les électro- aimants parce que les courants de sortie sont facilement contrôlables sur une base continue, ils ne sont pas préférés selon la présente invention à cause de leur inefficacité. Des amplificateurs linéaires doivent fonctionner dans une gamme linéaire et une alimentation en courant continuellement et pour ces raisons sont inefficaces, consommateurs d'énergie et

peuvent être des générateurs de chaleur.

Selon la présente invention, un circuit de commutation est prévu qui est à rendement élevé en ce qu'il est capable de transférer de l'énergie significative aux électro-aimants du système de paliers magnétiques, mais est également hautement efficace en ce qu'il reprend de l'énergie non consommée dans les électro-aimants. L'énergie est capturée

d'une manière, comme cela sera décrit plus en détail ci-

dessous, qui la rend disponible à d'autres électro-aimants dans le système. De plus, le système est configuré de sorte que le système de paliers magnétiques est capable de supporter des charges significatives dans des environnements raisonnablement hostiles (charges d'arbre qui pourraient varier sur une large étendue) tout en pouvant encore fonctionner avec une alimentation d'un niveau de tension qui est relativement bas. Bien qu'il soit possible, bien entendu,

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de faire fonctionner un système de paliers magnétiques selon l'invention à une alimentation de 80 volts, 100 volts, ou 150 volts, comme cela a été fait par des systèmes dans le passé, le présent système de paliers magnétiques prévoit également l'opportunité de fonctionner efficacement et avec de très bonnes caractéristiques du système à des alimentations quisont signficativement inférieures à 50 volts. Par exemple, un mode de réalisation préféré de l'invention est capable de fonctionner avec une alimentation de seulement 28 volts en continu. Lorsqu'on se réfère ici au fonctionnement à des alimentations à un niveau de tension modéré, ce qui est ici référé sont des alimentations qui fonctionnent en dessous

d'environ 50 volts en continu.

La figure 4 représente l'un unique des circuits de commutation 100 du système de la figure 3. L'élément électromagnétique opératif, la bobine auxiliaire, est représenté en 101. L'alimentation en tension continue 60 qui alimente les bobines magnétiques est représentée à gauche de la figure. L'alimentation en tension continue a un bus positif 120, un bus de retour 121 et un condensateur de

stockage important 122 est relié à travers les bus 120, 121.

En mettant en oeuvre cet aspect de l'invention, la bobine 101 est isolée de l'alimentation à l'excepté par des commutateurs et les commutateurs contrôlent la synchronisation de la connexion à l'alimentation et la direction de circulation du courant à l'alimentation et de celle-ci. A cette fin, une paire de commutateurs contrôlables 130, 131 sont prévus, un premier commutateur 130 étant relié entre le bus positif 120 et une extrémité positive 132 de la bobine 101. Un second commutateur 131 est relié entre la borne négative (dans cet exemple le retour de masse de l'alimentation 121) et la borne négative 133 de la bobine 101. Les commutateurs s'ouvrent et se ferment ensemble. Lors de la fermeture des commutateurs , 131, l'alimentation 60 est imposée à travers la bobine provoquant une circulation de courant de la borne 132 à la borne 133. En conséquence, l'électro-aimant produit une force magnétique ayant une grandeur proportionnelle à la

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circulation de courant à travers la bobine et ceci produit une force auxiliaire pour l'arbre qui est soulevé par lévitation dans les paliers. Lorsque le module de contrôle numérique (figure 3) détermine que les commutateurs 130, 131 doivent être mis hors service, ils s'ouvrent simultanément. La borne inférieure 133 de la bobine commence à se charger positivement à cause de l'inductance de la bobine. Cependant, la circulation du courant à travers la bobine continue à cause des diodes de circulation 134, 135 polarisées pour relier l'alimentation 60 à l'électro-aimant 101 en polarisation inverse. Ainsi, la diode 134 est reliée du bus positif 120 à la borne négative 133 de la bobine 101. De façon similaire, la diode 135 est reliée du bus négatif 121 à la borne positive 132 de la bobine 101. Ainsi, avec la borne 133 résonnant positive, une circulation de courant continuera à travers la diode 134 et à travers le condensateur 122 de l'alimentation, à travers la diode 135 à la borne 132 de la bobine. En conséquence, l'énergie qui est dans la bobine qui avait amené la borne 133 à résonner positivement, est ramenée à l'alimentation 60 et dans le dessin de la figure 4

particulièrement au condensateur de sortie 122.

Cela vaut la peine de noter la différence dans le circuit de commutation de la figure 4 par rapport à un circuit de commutation conventionnel qui comporte simplement une diode de dérivation à travers la bobine d'électro-aimant 101. Une bobine de dérivation typique serait polarisée comme

la diode 135, mais reliée de la borne 133 à la borne 132.

Ainsi, la tension positive qui oscillerait dans la bobine 101 à la mise hors circuit du commutateur 130, circulerait simplement entre la bobine 101 et la diode 135 pour être finalement dissipée dans ces éléments. L'énergie en excès qui était disponible dans la bobine est ainsi non seulement dépensée, mais sa dissipation produit également de la chaleur. En considérant qu'il y a de l'ordre de 10 bobines 101 dans le système et qu'elles sont mises en circuit à une fréquence rapide d'environ 40 kHz, la quantité de dépense d'énergie et de développement de chaleur sera apparente. Par

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le circuit configuré comme représenté en figure 4, cependant, l'énergie disponible dans la bobine 100 est retournée à l'alimentation o elle peut être absorbée dans le condensateur de sortie 122 ou utilisée dans une autre bobine qui est en service. Selon la présente invention, la pluralité de commutateurs 100 (figure 3) sont contrôlés par le processeur de signaux numériques 102 de sorte que la synchronisation résulte en certaines des bobines mises hors circuit tandis que d'autres des bobines sont soit conductrices soit en train d'être commutées en conduction. En conséquence, l'énergie qui est disponible dans les bobines mises hors circuit, plutôt que d'être retournée complètement à l'alimentation, est appliquée aux bobines qui sont soit mises en circuit soit

déjà mises en circuit.

Dans la mise en oeuvre de l'invention utilisant la modulation à largeur d'impulsions, le courant dans la bobine des électro-aimants pour les paliers magnétiques est modulé par le circuit de commande et le circuit de commande accomplit de préférence sa modulation en contrôlant le cycle de travail des impulsions de tension appliquées aux bobines respectives. Ainsi, les bobines sont toutes commutées à la même fréquence généralement fixe et la longueur de temps pendant chaque intervalle de commutation o une bobine est conductrice détermine le courant moyen à la bobine. En configurant les bobines en paires complémentaires, telles que les paires illustrées en figure 2, et en règlant le cycle de travail pour la bobine dans une paire de sorte qu'elle suive, et en configurant le contrôle du cycle de travail et les moyens d'attaque de sorte qu'un groupe de moyens d'attaque complémentaires soit mis en service tandis que l'autre est mis hors service, la puissance absorbée nette de l'alimentation est minimisée. La figure 5 est un schéma schématique/bloc qui illustre un circuit adapté pour

accomplir ce qui précède.

En prévoyant des bases de temps respectives pour les modulateurs à largeur d'impulsions pour la paire

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complémentaire de moyens d'attaque, on préfère utiliser une base de temps fixe et produire une paire d'ondes de synchronisation de cette base de temps qui ont la relation appropriée. En utilisant une base de temps fixe, jusqu'à un point o la base de temps varie, les deux formes d'ondes à modulation à largeur d'impulsions seront affectées de façon correspondante de la même manière. A cette fin, un générateur de rampe 200 est prévu qui produit une forme d'onde en dents de scie à une fréquence prédéterminée. On préfère produire une dent de scie qui varie entre 3 volts et 9 volts et à une fréquence de 40 kHz. Le générateur de rampe est représenté seulement en un schéma bloc puisque ceux de l'art seront capables de configurer les amplificateurs opérationnels nécessaires et le circuit de polarisation nécessaire pour

accomplir la sortie appropriée.

La sortie du générateur de rampe 200 est passée à une paire de générateurs de rampe individuels qui sont adaptés pour produire des signaux de rampe complémentaires qui sont décalés l'un de l'autre et qui serviront comme signal de base de temps pour le cycle de travail des moyens d'attaque respectifs dans une paire complémentaire. Ainsi, le signal de sortie du générateur de rampe 200, qui est couplé à un bus 201, est appliqué à un premier amplificateur 202 qui produit une sortie sur une ligne 204 qui est identifiée comme Rampe A et a un niveau établi par un réseau de polarisation 203. Un amplificateur similaire 205 a la même rampe d'entrée 201 couplée à celui-ci, mais a un réseau de polarisation 206 réglé différemment associé à celui-ci pour produire sur une ligne de sortie 207 un signal de rampe identifié en Rampe B. Comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous, une résistance variable dans les réseaux de polarisation 203 règle la dent de scie de 40 kHz de sorte que le point central de la dent de scie est décalé entre environ 0,5 et -0,5 volts du niveau de repos de 6 volts de l'entrée 201. Ainsi, si le signal de Rampe A est polarisé à environ le niveau de ,5 volts, la dent de scie variera d'une grandeur d'environ 2, 5 à environ 8,5 volts. Une résistance variable dans le

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réseau de polarisation 206 règle la sortie sur la ligne 207 de sorte que la même dent de scie de 40 kHz apparaît sur la sortie de celui-ci, mais est centrée à environ 6,5 volts pour varier entre environ 3,5 volts et 9, 5 volts. Ainsi, les réseaux de polarisation sont réglés de sorte que le niveau de polarisation moyen sur les lignes 204, 207 diffère d'environ 0, 5 volts dans le mode de réalisation illustré. En se tournant brièvement à la figure 7A, les sorties en dents de scie aux bornes 204 et 207 sont relevées dans la portion supérieure de la figure. On voit qu'elles se suivent symétriquement l'une et l'autre à l'excepté qu'elles sont décalées l'une de l'autre d'environ 0,5 volts. Ce décalage a pour avantage dans le circuit restant de s'assurer qu'un moyen d'attaque est soit en service soit mis en service avant que d'autres moyens d'attaque dans une paire complémentaire

soient autorisés à être mis hors service.

En se tournant de nouveau à la figure 5, on voit que les signaux de rampe complémentaires sont fournis à une paire de comparateurs 210, 211. La sortie du comparateur 210 sert comme signal de sortie au moyen d'attaque A (un des moyens d'attaque dans une paire complémentaire), tandis que le comparateur 211 sert comme sortie au moyen d'attaque B (l'autre moyen d'attaque dans la paire complémentaire). Par exemple, les moyens d'attaque A et B pourraient être les aimants appariés Y de l'un des paliers magnétiques de

l'illustration de la figure 1.

Significativement, la Rampe A en dents de scie 204 est amenée à la borne inverseuse du comparateur 210, tandis que la Rampe B en dents de scie sur la borne 207 est amenée à la borne non inverseuse du comparateur 211. L'effet de cela est d'effectivement inverser l'une des ondes en dents de scie par rapport à l'autre, ou d'inverser réellement le fonctionnement

des comparateurs par rapport aux ondes en dents de scie.

L'autre entrée de chaque comparateur 210, 211 est couplée à

un signal d'erreur appliqué au comparateur sur une ligne 215.

On voit que le signal d'erreur est relié à l'entrée non inverseuse du comparateur 210 et à l'entrée inverseuse du

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comparateur 211. Le signal d'erreur est produit par un circuit comparateur généralement indiqué en 220 qui compare les courants réels ou actuels dans les bobines en question

aux courants de commande demandés de cette paire de bobines.

On voit que le comparateur 220 a un premier amplificateur 221 qui a des entrées couplées à celui-ci qui sont des signaux de rétro-action représentatifs du courant dans les bobines respectives. On signalera ultérieurement que le circuit d'attaque comprend une petite dérivation du courant à travers laquelle est produit un signal de rétro-action concernant le

courant réel dans le moyen d'attaque. Le signal de rétro-

action du courant pour le moyen d'attaque B est couplé à l'entrée inverseuse et le signal de rétro-action du moyen d'attaque A est couplé à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur 221 comme représenté à la figure. La sortie de l'amplificateur 221, par la caractéristique appropriée phase/fréquence, est une mesure du courant total dans la paire de bobines. Ce signal est couplé comme entrée à un autre comparateur 222 qui a un signal de commande couplé à celui-ci sur une ligne 223. Le signal de commande est produit à l'intérieur par le processeur de signaux numériques 102

(figure 3) en réponse aux signaux des détecteurs de rétro-

action de position d'arbre. D'une manière connue, le processeur de signaux numériques détermine à partir des détecteurs de position les courants qui devront être appliqués à toutes les bobines dans le système de paliers magnétiques afin de maintenir l'arbre dans sa position prédéterminée. Il produit un signal de demande proportionnel au niveau de courant souhaité pour chaque paire de bobines,

la sortie étant couplée à une ligne telle que la ligne 223.

Pour la paire particulière de bobines en question, ce signal est comparé par l'amplificateur 222 au courant réel mesuré dans les bobines comme déterminé par l'amplificateur 221. La sortie de l'amplificateur, avec la caractéristique appropriée avance-retard déterminée par ceux de l'art pour le système en question, est produite sur la ligne 215 et couplée comme signal d'erreur aux comparateurs 210, 211. On voit que comme

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le niveau du signal d'erreur monte, le cycle de travail du moyen d'attaque A augmentera, tandis que le cycle de travail du moyen d'attaque B diminuera. Comme cela sera décrit en détail ci-dessous, les moyens d'attaque qui sont reliés aux lignes de sortie 225, 226 de la commande à modulateur à largeur d'impulsions sont mis en service chaque fois que les lignes associées sont hautes. Ainsi, si le signal d'erreur sur la ligne 215 augmente, le niveau de signal augmentant couplé à l'entrée inverseuse de l'amplificateur 210 amènera la sortie sur la ligne 225 à être haute pendant une portion plus longue de la période d'impulsion globale de la commande du cycle de travail. Puisque la même entrée sur la ligne 215 est couplée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur 211, une augmentation dans le niveau de ce signal amènera la sortie de l'amplificateur sur la ligne 226 à être haute pour une portion moindre de chaque période d'impulsion. En conséquence, le cycle de travail du moyen d'attaque A augmentera et celui du moyen d'attaque B diminuera et ils se

suivront sensiblement ensemble.

Il est à noter au passage qu'une paire de transistors 227, 228 sont couplés aux lignes de sortie 225, 226. La fonction des transistors 227, 228 (qui sont commandés à partir des signaux de protection produits quelque part dans les circuits), est simplement d'assurer que les signaux d'attaque passeront au niveau bas (c'est-à-dire, le moyen d'attaque sera mis hors service) pour un certain minimum

spécifié de chaque période du cycle de travail, tel que 2 %.

Le circuit de synchronisation choisit une période d'environ 2 % à la fin de chaque signal de rampe et commande le transistor 227 ou 228 en service à l'instant approprié pendant un intervalle très bref pour assurer que le moyen d'attaque associé est amené à un niveau bas pendant 2 % ou 3 % de la période d'impulsion totale. En effet, si la commande du cycle de travail devait tenter de laisser les moyens d'attaque en service continuellement, cette caractéristique de sécurité assurera que l'intervalle de conduction n'excède pas environ 98 %, assurant ainsi que le

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moyen d'attaque côté haut 234 est définitivement en service

lorsque souhaité.

Comme indiqué en général ci-dessus, on préfère activer la commande de cycle de travail de sorte que dans la condition chargée faiblement au repos, le cycle de travail de chacun des moyens d'attaque dans une paire complémentaire est juste au-dessus de 50 %, tel que 51 % ou 52 %. En considérant une fréquence de fonctionnement de 40 kHz pour la commande de cycle de travail, cela se déplace en une fréquence de répétition d'impulsions d'environ 25 microsecondes ou une période d'impulsion (c'est-à-dire, la période totale pendant

laquelle une impulsion peut se produire) de 25 microsecondes.

Ainsi, un cycle de travail de 50 % à cette fréquence exige une impulsion de juste au-dessus de 12,5 microsecondes à une

fréquence de répétition de 25 microsecondes.

Si le cycle de travail devait être réglé à exactement % à une fréquence de répétition de 40 kHz, en considérant les inductances pratiques pour la bobine, il y aurait très peu de transfert d'énergie nette dans la bobine. Lorsque le moyen d'attaque est mis en circuit, il transfère une quantité donnée d'énergie dans la bobine, et pendant les approximativement 12,5 microsecondes de période hors service, lorsque les diodes de circulation sont conductrices, sensiblement toute cette énergie serait retournée à la source d'alimentation. Ainsi, il y aurait peu de production de courant dans l'inducteur et sensiblement aucun transfert

d'énergie de l'alimentation à l'inducteur.

Avec le cycle de travail d'environ 51 % ou 52 % à la fréquence de répétition de 40 kHz, toute l'énergie transférée dans la bobine pendant la période en service de 51 % ne serait pas retournée à l'alimentation pendant la période hors service de 49 % et un courant se développerait dans la bobine. Ceci représente le transfert d'énergie net de l'alimentation au système et est le mode préféré de

fonctionnement dans la condition de repos.

Lorsque le palier est plus lourdement chargé, comme pendant les périodes de vibration élevée, les détecteurs

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d'arbre détecteront le mouvement de l'arbre, le module de commande déterminera que les moyens d'attaque ont besoin d'énergie additionnelle pour ramener l'arbre à la position souhaitée, les signaux de commande (223 en figure 5) seront augmentés (ou diminués suivant la direction de mouvement de l'arbre), commandant des courants plus élevés de l'une des deux bobines dans la paire complémentaire et les cycles de travail seront réglés en conséquence. On suppose que la direction de mouvement est telle que la bobine A doit être commandée plus fort. Comme son cycle de travail avance de 51 % à 70 % à 80 % ou 90 %, le cycle de travail correspondant

du moyen d'attaque pour la phase B diminuera en échelon.

Ainsi, lorsque le cycle de travail pour le moyen d'attaque A est à environ 60 %, le cycle de travail pour le moyen d'attaque B sera à environ 40 %. Lorsque l'un est à 70 %, l'autre sera à 30 %, etc. Ceci est accompli par utilisation de la dent de scie de commande à largeur d'impulsions identique mais décalée pour les comparateurs respectifs, par utilisation du même signal d'erreur pour les deux comparateurs et en activant un comparateur comme l'inverse de l'autre. La manière dans laquelle ceci se produit est mieux appréciée en référence aux figures 7A-7C. Ces figures montrent les signaux de modulateur en dents de scie de poursuite ou de suivi 204, 207 et trois tensions d'erreur différentes représentant trois cas différents de correction et les signaux d'attaque résultant pour les moyens ou circuits d'attaque A et B d'une paire complémentaire. Dans des buts d'orientation, la phase A est considérée pour être la bobine inférieure dans une paire d'axes Y et la phase B la bobine supérieure, de sorte qu'augmenter l'attaque à la phase A et diminuer l'attaque de phase B résulte en un mouvement d'arbre vers le bas. Cette correction résultera, bien entendu, des détecteurs de position d'arbre en détectant la position de l'arbre en étant au-dessus de sa position destinée.

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Les signaux d'attaque ou de commande qui sont représentés aux figures 7A-7C sont les signaux d'attaque de base pour les transistors de commande et ne sont pas précisément représentatifs de formes d'ondes d'impulsion de courant à travers les inducteurs eux- mêmes. En gardant à l'esprit que dans le mode de réalisation préféré le modulateur fonctionne à une fréquence de l'ordre de 40 kHz et en gardant à l'esprit que l'inductance des électro-aimants peut être de l'ordre de 1 à 2 mH, on appréciera que les temps de montée et les temps de descente ou de chute du courant, ainsi que des formes d'onde de tension, seront beaucoup plus lents que les ondes carrées relatives des impulsions d'attaque. Les impulsions d'attaque sont représentées, cependant, comme ayant un temps de montée et un temps de descente discernables, comme une indication que des courants réels ou actuels d'intérêt, ceux circulant dans le circuit d'alimentation, ont des temps de montée et de descente qui sont tout à fait lents. Ainsi, jusqu'à ce qu'il y ait un intervalle d'un couple de microsecondes entre la mise en service d'un moyen d'attaque et la mise hors service de l'autre, pour autant que des courants dans les circuits d'attaque sont concernés, cet intervalle est insignifiant, puisque la constante de temps de l'inducteur sera de l'ordre de centaines de microsecondes. Ainsi, même si la commande de base au transistor de commutation est commutée en service nettement à un point donné, le courant résultant de la mise en service montera en rampe graduellement et si un autre moyen d'attaque est mis hors service dans quelques microsecondes de la mise en service, il est comme s'ils étaient commutés en service simultanément, puisque le courant qui continuera à circuler à travers la diode de circulation est facilement dérivé pour assister à la production de

courant dans la bobine de mise en service.

En se tournant ensuite à la figure 7A, il est illustré la condition o la paire de paliers magnétiques dans le groupe complémentaire sont dans la condition de repos et la tension d'erreur dans le mode de réalisation en exemple est à

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environ son point milieu, c'est-à-dire, 6 volts. On voit que la rampe de référence 204 pour le moyen d'attaque A est polarisée pour avoir un centre qui est d'environ 0,25 volts inférieur à la dent de scie 207 pour le moyen d'attaque B. Ainsi, en prenant la tension d'erreur à 6 volts, on verra qu'avec le temps augmentant la rampe de référence 204 pour le moyen d'attaque A traversera d'abord la ligne du signal d'erreur, amenant la sortie 225 à être mise en conduction à environ le point de croisement. Une ou plus microsecondes plus tard, la rampe de référence 207 pour le moyen d'attaque B traversera le niveau de tension d'erreur, mais dans ce cas le fonctionnement du comparateur est inversé

et le moyen d'attaque B sera mis hors circuit à ce point.

L'énergie de la bobine de mise hors service est disponible pour appliquer du courant à la bobine d'attaque A qui venait

d'être mise en service (comparer formes d'ondes 225 et 226).

Plus tard dans le cycle, la rampe de référence suivante pour traverser la tension d'erreur, à cause de la nature de décalage, sera la rampe de référence d'attaque B 207 et elle traversera la référence dans une direction positive qui, à cause de la manière dans laquelle les entrées inverseuse et non inverseuse au comparateur 211 sont reliées, amènera l'attaqueur B à être mis en service. Ceci est représenté en 226 en figure 7A. Dans une ou deux microsecondes, la rampe de référence 204 traversera également le niveau de tension d'erreur et elle traversera en une direction positive, mais à cause du comparateur relié de façon opposée, amènera l'attaqueur A à être mis hors service. Ainsi, l'énergie de l'inducteur dans l'attaqueur A de mise hors service sera disponible pour application à la bobine B qui avait commencé à être mis en service sous seulement des microsecondes plus tôt. Le circuit continuera à fonctionner dans cette fonction, assurant toujours qu'une bobine vient juste d'être mise en service, ou est en service avant qu'une bobine subséquente dans la paire complémentaire soit mise hors service, de sorte qu'il y a toujours un inducteur de charge disponible pour accepter de l'énergie retournée ou

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ramenée d'un inducteur dont le commutateur de commande a été hors en service. La figure 7A illustre la situation o les cycles de travail des attaqueurs A et B sont à peu près adaptés, à juste au-dessus de 50 %. Comme noté ci-dessus, ceci est la condition de repos. En se tournant à la figure 7B, on y voit que la tension d'erreur est à un niveau plus élevé, tel que 7 volts, ce qui pour une paire de bobines complémentaires verticales, représente la situation o l'arbre est au- dessus de sa position destinée. Ainsi, on souhaite dans cette situation attaquer la bobine inférieure (la bobine A) plus fort que la bobine B et on verra que la tension de référence étant adaptée à la même paire de rampes de référence accomplit ce résultat. Comme dans l'exemple antérieur, la rampe de référence 204 traversera tout d'abord la ligne du signal

d'erreur, amenant l'attaqueur A 225 à être mis en service.

Cependant, ceci se produit plus tôt dans le cycle que dans la condition de la figure 7A. Comme dans l'exemple antérieur, dans des microsecondes, la rampe de référence 207 traverse le niveau du signal d'erreur, amenant l'attaqueur B à être mis hors service. L'énergie de la bobine d'attaque B est de la sorte transférée à la bobine A mise en service. Beaucoup plus tard dans le cycle, la rampe de référence 207 traverse à nouveau le niveau du signal d'erreur, à cet instant dans la direction positive, amenant l'attaqueur B 226 à être mis en service ou en circuit comme illustré à la figure. Dans des microsecondes, la rampe d'attaque A 204 traverse le niveau du signal d'erreur de 7 volts, amenant l'attaqueur A 225 à être mis hors service. En comparant les formes d'onde 225 et 226, on voit que le cycle de travail de la bobine A a sensiblement augmenté, tandis que le cycle de travail de la bobine B a sensiblement diminué, avec le total s'élevant à environ %, et la séquence assurant que l'une est mise en service

avant que l'autre soit mise hors service ait commence.

En se tournant brièvement à la figure 7C, on a représenté la condition opposée, o les détecteurs de position d'arbre dictent un signal d'erreur qui est en

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dessous du niveau de repos, dans l'exemple au niveau de volts. Analyser les traversées des rampes de référence 204, 207 avec le signal d'erreur de 5 volts de la même manière que cela a été fait dans les autres exemples produira les signaux d'attaque 225, 226 illustrés en figure 7C. On voit que le signal d'attaque pour la bobine supérieure (bobine B) est en service beaucoup plus longtemps que le signal d'attaque pour la bobine inférieure (bobine A), avec le total s'élevant à

nouveau à environ 100 %.

La figure 6 représente une forme plus complète que le fait la figure 4 d'un circuit d'attaque utile dans la pratique de la présente invention. Le circuit d'attaque répond aux signaux d'attaque A ou B 225, 226 produits à la

sortie de la figure 5 et illustrés aux figures 7A-7C.

En se référant à la figure 6, on appréciera tout d'abord que deux des circuits illustrés à la figure seront exigés pour servir une paire complémentaire unique de signaux modulés à largeur d'impulsions. On voit qu'une borne d'entrée 230 est prévue. Dans un premier circuit d'attaque, la borne 230 sera reliée au signal d'attaque A de la ligne de sortie 225. Dans l'autre circuit d'attaque identique, la borne 230 sera reliée à la ligne de sortie d'attaque B 226. En se référant aux éléments de circuit particuliers, on voit tout d'abord qu'un circuit de charge sous tension 231 est prévu pour assurer que l'attaqueur de côté haut 235 aura un signal de grille correct d'approximativement 12 volts. Le signal d'attaque 230 est passé à travers un inverseur 232 à la grille d'un MOS FET 233. Lorsque le signal de l'attaqueur modulateur à largeur d'impulsions 225 est haut, l'inverseur 232 produira un signal allant bas à la grille du MOS FET 233, empêchant le MOS FET de conduire. En conséquence, le transistor bipolaire 234 sera conducteur et ceci résultera en mise en conduction du MOS FET de sortie 235. Le MOS FET 235 reliera la borne positive 120 de l'alimentation 60 par le MOS FET 235 à la borne positive 132 de la bobine

électromagnétique 101.

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Le signal allant bas à la sortie de l'inverseur 232 est également inversé par un inverseur 236 pour produire un signal à la grille du MOS FET 237 pour mettre en service le MOS FET 237. Ainsi, les MOS FET 235 et 237seront conducteurs en même temps. La conduction du MOS FET 237 complètera le trajet pour la circulation de courant de la borne négative 133 de la bobine 101 à la borne négative 121 de l'alimentation 60. Cette circulation de courant passera à travers une résistance de dérivation 240 destinée à agir comme détecteur de courant. Un amplificateur correctement polarisé 241 est relié à travers la résistance de détection 240 pour produire un signal à la sortie 242 de celui-ci qui est une mesure d'écoulement de courant dans la bobine 101. Un circuit de filtrage et de réglage des phases approprié est associé aux amplificateurs typiquement utilisé pour produire le signal de sortie 242, mais les détails du circuit n'ont pas besoin d'être davantage décrits, puisqu'ils peuvent être réglés par ceux de l'art pour s'adapter à leurs exigences particulières. Dans le mode de réalisation illustré, le signal à la sortie 242 a un niveau qui est calibré à environ 250 millivolts par ampérage de courant à travers la bobine 101. La sortie 242 est couplée à l'entrée FB IB de l'amplificateur 221 qui, on le rappelle, est un comparateur qui mesurait le courant total dans les bobines dans une paire

complémentaire.

Bien que non décrit en détail, on voit qu'associées aux transistors 235, 237 sont des diodes de circulation 134, 135 polarisées comme décrit en liaison avec la figure 4. Ainsi, chaque fois que le signal sur la ligne d'entrée 230 revient à un niveau bas, les MOS FET 235 et 237 seront mis hors service. Le courant circulant dans la bobine à travers les diodes de circulation 134, 135 amènera l'alimentation 60 à être imposée à travers la bobine 101 d'une façon polarisée en inverse, permettant au courant dans la bobine d'être ramené à l'alimentation. Puisque le circuit d'attaque additionnel (identique à celui en figure 6) qui est commandé par la sortie 226 de la figure 5 avait mis en service sa bobine

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associée avant la mise hors service des transistors 235 et 237, le courant qui circule à travers les diodes de circulation 134, 135 sera soutiré ou absorbé par la bobine similaire 101 étant ensuite alimenté en courant par les MOS FET 235, 237 du circuit d'attaque associé. Il sera maintenant apprécié que ce qui a été réalisé est un circuit d'attaque à grand rendement pour un système de paliers magnétiques qui accomplit les buts et objectifs établis ci-dessus. Un circuit de commutation est associé à chaque bobine du système de paliers magnétiques et est adapté pour à la fois une mise en service rapide et une mise hors service rapide, et pendant la phase de mise hors service est adapté au moyen de diodes de circulation pour ramener de l'énergie à l'alimentation. Les bobines du système de paliers magnétiques sont agencées en paires et la modulation des paires est agencée de sorte qu'à chaque fois qu'une bobine doit être mise hors service, une bobine associée à été mise en service ou est en train d'être mise en service, de sorte que le courant étant ramené à travers les diodes de circulation la bobine mise hors service est disponible pour alimenter la bobine mis en service, réduisant l'absorption nette de l'alimentation. De plus, le fait que l'alimentation est imposée d'une façon polarisée en inverse à travers la bobine de mise hors service, améliore le di/dt appliqué à la bobine et accomplit ainsi une largeur de bande plus grande

que ce qui pourrait être habituellement accompli.

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Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Système de paliers magnétiques dans lequel au moins un groupe de paliers magnétiques (21; 22) supporte un arbre (23); caractérisé en ce que le groupe de paliers magnétiques a des paires d'électro-aimants opposés (30-33; 40-43) agencés sur des côtés diamétralement opposés de l'arbre (23) et un certain nombre de paires à des emplacements équiangulaires autour de l'arbre (23); et en ce qu'il comprend: un détecteur de position d'arbre (34, 35; 44, 45) pour le groupe de paliers magnétiques; un circuit d'attaque (61-64) pour la bobine de chaque électro-aimant pour appliquer du courant à celle-ci à partir d'une alimentation en courant continu (60) ayant des bus positif et négatif; chaque circuit d'attaque (61-64) comprenant un premier commutateur (130) relié entre le bus positif et un côté positif de la bobine et un second commutateur (131) relié entre le bus négatif et un côté négatif de la bobine, et des diodes de circulation (134, 135) reliées du côté négatif de la bobine au bus positif et du côté positif de la bobine au bus négatif; et un circuit de commande pour activer les circuits d'attaque (61-64) dans une séquence cyclique, un moyen à modulation commutée dans le circuit de commande pour moduler un écoulement de courant aux bobines dans chaque paire d'électro- aimants suivant les signaux reçus du détecteur de position d'arbre (34, 35, 44, 45), le circuit de commande imbriquant des intervalles de mise en service et hors service pour les bobines dans les paires d'électro- aimants de sorte qu'une bobine de la paire est mise hors circuit à environ le même instant que l'autre bobine de la paire est mise en circuit, les diodes de circulation (134, 135) étant polarisées pour ramener de l'énergie d'une bobine mise hors service à l'alimentation (60) pour rendre l'énergie retournée

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disponible à la bobine mise en service pour réduire de la

sorte le courant absorbé net de l'alimentation (60).

2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diodes de circulation (134, 135) sont reliées et polarisées de sorte qu'elles imposent la tension totale de l'alimentation (60) d'une manière à polarisation inverse à

travers la bobine qui est mise hors circuit.

3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'alimentation en tension continue produit une tension

relativement basse inférieure à 50 volts.

4. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le groupe de paliers magnétiques (21; 22) a une paire d'axes X de bobines et une paire d'axes Y de bobines et le détecteur de position d'arbre (34, 35, 44, 45) comprend un détecteur d'axe X et un détecteur d'axe Y.

5. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen à modulation commutée comprend un système à modulation à largeur d'impulsions ayant une période fixe, le système à modulation à largeur d'impulsions contrôlant le cycle de travail d'impulsion de courant dans les bobines respectives.

6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que le système à modulation à largeur d'impulsions a un niveau de repos dans lequel le cycle de travail d'impulsion de courant dans les bobines respectives de chaque paire d'électro- aimants est au même niveau, légèrement en excès de %.

7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que le système à modulation à largeur d'impulsions module un écoulement de courant dans les conditions non en repos en augmentant le cycle de travail à une bobine dans une paire d'électro-aimants et diminuant le cycle de travail à l'autre

bobine dans ladite paire.

8. Système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le système à modulation à largeur d'impulsions comprend une paire de comparateurs (210, 211), un signal d'erreur étant couplé à chacun des comparateurs, et des

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première et seconde formes d'onde de modulation étant couplées aux comparateurs respectifs, les formes d'onde de modulation comprenant des formes d'onde en dents de scie

respectives décalées les unes par rapport aux autres.

9. Système selon la revendication 8, dans lequel le signal d'erreur et les formes d'onde de modulation sont reliés aux comparateurs respectifs (210, 211) de telle manière que les comparateurs fonctionnent de façon inversée

l'un par rapport à l'autre.

10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que les formes d'onde de modulation comprennent des formes d'onde en dents de scie respectives polarisées pour être décalées l'une par rapport à l'autre, la polarisation étant réglée de sorte que l'une des formes d'onde précède d'autres en approchant le signal d'erreur lorsque lesdites formes d'onde approchent le signal d'erreur dans une direction positive, et l'autre desdites formes d'onde précède la première lorsqu'approchant le signal d'erreur dans la

direction négative.