NO157751B - Gyroskop med beoppheng. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et gyroskop med bøyeoppheng, og

mer spesielt utførelsen av gyroskopets dreiemomentmagneter. Gyroskoper av lignende art er bl.a. kjent fra US-PS nr. 3 832 906, nr. 3 678 765 og 4 189 948.

En tidligere kjent gyroskopkonstruksjon som den foreliggende oppfinnelse har tilknytning til, er vist på fig. 1.

Ved den viste utførelsesform omfatter gyroskop-momentgiveren

et svinghjul 1, som omslutter en enkelt, radialt orientert magnet 2. En skjermplate 3, som virker som en pickoff-returbane lukker delvis den åpne ende av svinghjulet. Denne hjul-

art kan utføres med forholdsvis lavt treghetsmoment og kan dreies ved meget høye hastigheter. Imidlertid er hjulet beheftet med ulemper som innbefatter forholdsvis store ikke-linearitetsfeil ved momentfrembringelsen, store hysteresefeil og stor iboende ustabilitet.

Feil som skyldes ikke-linearitet, skyldes hoved-

sakelig det magnetiske felt som fremskaffes på

grunn av den elektriske strøm gjennom dreiemoment-spolen 4,

som har en tendens til å drive spolen inne i hjulet. Denne kraft som kalles magnetspolekraften, er definert ved ligningen

2 dP

F = K (NI) - gg hvor N er antall av vindinger i spolen, I strømmen og dP/d9 er endringen i spolens permeabilitet i forhold til hjulet som en funksjon av vinkel. Den magnetiske ledningsevne for dreiemomentspolen er ved denne konstruksjon høy på

grunn av skjermen.

Hysteresefeil skyldes høye nivåer av dreiespolestrøm

som magnetiserer noen magnetiske urenheter i spolesementen, tråden eller støttedelen 5. Noe av denne magnetisering blir værende selv uten noe strøm gjennom spolen og bevirker et dreiemoment sammen med fluksen fra magneten. Ved denne kon-struksjonsform eksisterer der en iboende større feltintensitet nær magneten og skjermene, noe som øker dreiemomentet sammenlignet med en balansert tilstand med feltintensitet.

Den iboende ustabilitet skyldes den magnetiske kobling mellom dreiemomentspolen 4 og pickoff-spolen 4a. Deler av det felt 7 som fremskaffes ved hjelp av dreiemomentspole-seksjonen 6 går gjennom hjul-returbanen og gjennom pickoffpolene 7a. Dette kan forårsake en endring i pickoff-null

så vel som en hysteresefeil.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er der i sving-

hjulet anordnet duale radialt orienterte og parallelle på avstand fra hverandre anordnede magnetmontasjer som resulterer i en høyere flukstetthet i driftsspalten og mindre spredefluks. De formede magneter øker også flukstettheten i driftsspalten. Ved bruk av duale dreiemomentmagneter blir den tilsynelatende spalte mellom en dreiemomentspole hver av dennes tilsvarende magneter halvparten av den totale spalte, og spredefluksmønsteret blir symmetrisk i forhold til senteret for dreiemomentspolen. På grunn av denne symmetri blir hysterese-dreiemoment som skyldes partikler av urenheter som blir magnetisert av spolestrømmen og samvirker med det magnetiske felt, redusert. Det er basert på sannsynligheten for at magnetiske partikler vil bli symmetrisk fordelt og tiltrekningen til den indre magnet vil bli motvirket ved tiltrekningen til den ytre magnet. På grunn av den mindre spredefluks vil der heller ikke være behov for en magnetisk skjerm og svinghjulendene kan være åpne og i det vesentlige dekke dreiemomentspolen slik at dreiemomentkraften kan reduseres i vesentlig grad.

Svinghjulet er invertert, noe som gir fullstendig isolasjon og skjerming av pickoffen fra dreiemomentspolene. Dette forhold forårsaker en fullstendig eliminering av denne kilde for hysteresefeil og gyroskophemmende ustabilitet.

Ved bruk av en dobbel magnet og et åpent svinghjul,

vil dessuten klaringene mellom dreiemomentspolen og svinghjulet være store bortsett fra magnetområdet. Fordi magnetene befinner seg i nærheten av aksesenteret, vil dreiemomenter som et resultat av svinghjulhelning bli redusert.

De ovennevnte fordeler og hensikter ved den foreliggende oppfinnelse oppnås ved en utførelse av gyroskopets dreiemomentmagneter med trekk som fremgår av karakteristikken til krav 1. Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen er vist i de etterfølgende underkrav.

Oppfinnelsen vil bedre forstås av den etterfølgende be-skrivelse under henvisning til tegningen. Fig. 1 er et utsnitt av et snitt gjennom dreiemoment-seksjonen av et tidligere kjent gyroskop med bøye-oppheng.

Fig. 2 er et tverrsnitt gjennom et gyroskop i henhold

til den foreliggende oppfinnelse.

Fig. 3 er en del av et grunnriss av en dreiemomentspole-sammenstilling som benyttes ved den foreliggende oppfinnelse.

Slik det fremgår av fig. 2, omfatter en utførelsesform

for oppfinnelsen et svinghjul 10 tildannet av magnetisk materiale med høy permeabilitet som understøtter og omslutter

to radialt orienterte dreiemoment-ringmagneter 21 og 22, og

til hvilket der er festet en pickoffplate 31. Svinghjulet 10

er festet til en universalhengselmontasje 11 som er festet til en lageraksel 12 som dreier seg mellom et par lagre 13 anordnet i et hus 14. En statormontasje 15

driver svinghjulet opp til en styrt hastighet via en rotor 40. Fire pickoffpoler som er anordnet på 90° avstand, idet to poler 16 og 17 er vist på tegningen, avføler vinkelhelningen. Der er anordnet fire dreiemomentspoler anordnet med 90° avstand,

idet tre av spolene 18, 19 og 20 er vist på tegningen, og idet spolene ved strømføring skaffer et styrt dreiemoment som holder pickoffpolene på linje.

Hver dreiemomentspole (18, 19, 20) er fastsementert til ind ividuelle delringer 23 ved seksjoner 24 og 25 og er fortrinnsvis sammentrengt for oppnåelse for en jevn sammenstilling. De enkelte spolemontasjer 25a er montert på en plate 26

som på sin side er montert på en støttering 27 ved seksjon 28. Disse deler 23, 26 og 27 er tildannet av umagnetisk mate-

riale med høy termisk ledningsevne, f.eks. kobber. Der eksisterer en liten klaring mellom ringen 27 og huset 14. Seksjonen 28 befinner seg nominelt i samme plan som aksesenteret for dobbeltringmagnetene 21 og 22.

Gyroskopet er lukket ved hjelp av deksler 29 og 30.

Disse deksler og huset 14 er fortrinnsvis tildannet av et magnetisk materiale med høy permeabilitet.

Dreiemomentmagnetene 21 og 22 er fortrinnsvis gitt en

form for oppnåelse av maksimal flukstetthet i driftsspalten mellom dreiemomentspolene og deres tilhørende magneter. Videre

er der anordnet ringer 32, 33, 34 og 35 som er magnetisk, termisk følsomme og kompenserer for fallet i fluksdensitet for magnetene ved temperaturøkning.

Svinghjulet 10 omfatter ringformede flensseksjoner 36

og 37 som strekker seg godt forbi magnetene for å romme sprede-fluksene fra magnetene og også i vesentlig grad redusere "magnetspolekraft".

Dreiemomentspolemontasjen 25a har fire individuelle og fjernbare segmenter sammenlignet med en massiv støpt sylindrisk montasje som består av et stykke og som benyttes ved tidligere fremgangsmåter. Dette forhold tillater impedanstilpasning, justering for oppretting og utvelgelse av optimale karakteristikker .

Hjulet og momentfreorbringeren omsluttes av ringen 27 og platen 26 som reduserer de termiske gradienter s.om forekommer ved rask oppvarming og høye dreiemomenthastigheter. Ringen 27 er festet til huset i et plan som skjærer gjennom dreiemomentmagnet-senteret. Det sikrer at dreiemomentspole-stillingen ikke endrer seg som et resultat av temperatur-endringer dersom støtteringen er tildannet av kobber, det samme som spolen.

Selvsagt kan der utføres varianter som innbefatter noen deler av de trekk som er beskrevet. F.eks. kan der ved en lavkostversjon, hvor ydelsen ikke er av betydning, benyttes et invertert hjul under bruk av en eneste magnet. Med en versjon av denne art kan pickoffplaten elimineres, idet overflaten av dreiemomenthjulet benyttes som en returbane.

Dessuten kan der fremskaffes en versjon som innbe-

fatter en dobbell magnet med momentfrembringer og pickoff på samme side.

Videre kan der fremskaffes en momentfrembringermontasje uten de fire separate segmenter, men montert på en felles ring.

Fordelene ifølge den foreliggende oppfinnelse sammenlignet med kjent teknikk kan sammenfattes som følger: Svinghjulet rommer duale radialt orienterte parallelle på avstand fra hverandre anordnet ringmagneter 21 og 22 som resulterer i en høyere fluksdensitet i driftsspalten og en mindre spredefluks. De tilformede magneter øker også fluks-densiteten i driftsspalten.

Ved bruk av en dual magnet blir den tilsynelatende

spalt for hver magnet halvparten av den totale spalt og spredefluksmønsteret blir symmetrisk i forhold til spolesen-teret, slik det er vist ved henvisningstall 38 på fig. 2.

På grunn av denne symmetri blir hysteresedreiemomenter som skyldes partikler av urenheter som er magnetisert av spole-strømmer og samvirker med magnetfeltet, redusert. Det er basert på at sannsynligheten for at de magnetiske partikler vil være symmetrisk fordelt og tiltrekningen til den indre magnet vil bli motvirket ved tiltrekningen til den ytre magnet. På grunn av den mindre spredefluks vil der heller ikke være behov for en magnetisk skjerm og svinghjulendene kan være åpne og i det vesentlige dekke dreiemomentspolen, slik at magnetspolekraften kan reduseres i vesentlig grad.

Svinghjulet er invertert, noe som gir en fullstendig isolering og skjerming av pickoffen fra dreiemomentspolene. Dette eliminerer fullstendig denne kilde for hysteresefeil

og gyroskophemmende ustabilitet.

Videre vil man ved bruken av en dual magnet og et åpent svinghjul få en stor klaring mellom dreiemomentspolen og svinghjulet, bortsett fra magnetområdet. Fordi magnetene befinner seg tett inntil aksesenteret, blir dreiemomenter som skyldes svinghjulhelninger, redusert.

Det skal forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset

til de nøyaktige detaljer av den viste konstruksjon som er omtalt og vist her, idet fagfolk vil innse hvilke modi-fikasjoner som ligger innenfor oppfinnelsens ramme.

Claims (4)

1. Gyroskop med bøye-oppheng, og som omfatter et hus (14) som har en stator- (15) og rotormontasje (40) og et lagerpar (12) og en lageraksel (13) med felles akse, en universalhengselmontasje (12) båret av lagerakselen koaksialt med denne, et i huset anbragt svinghjul (10) med åpen ende og opplagret ved hjelp av universalhengselmontasjen (11) koaksialt med dette, en flerhet av dreiemomentspoler (18, 19, 20) symmetrisk anbragt i svinghjulet og som danner en ringformet dreiemoment-spolemontasje (25a) anordnet koaksialt med dette, en flerhet av par av parallelle på avstand fra hverandre anordnede, radialt orienterte dreiemomentmagneter (21, 22) plassert i svinghjulet og som danner to ringformede dreiemomentmagnetmontasjer anordnet koaksialt med dette, idet hvert par av dreiemomentmagnetene har samme avstand til henholdsvis hver dreiemomentspole, en monteringsanordning (26, 27, 28) for å montere dreiemomentspolene (18, 19, 20) til huset (14) for reelt å sikre at dreiemomentspolene ikke forskyves aksialt relativt til svingehjulet (10) og dreiemomentmagnetene (21, 22) som et resultat av for-andring i temperaturen, og avfølingsorganer omfattende en flerhet av avfølingsspoler (16, 17) for å avføle gyroskopets vinkel-helning, hvori svinghjulet har en lukket ende som er anbragt i nærheten av avfølingsorganene og anbragt mellom avfølings-organene og dreiemomentspolene for derved å isolere dreiemomentspolene fra avfølingsorganene, hvori monteringsanordningen omfatter en plate (26) og en ringformet del (27) som er frem-stilt av et metall som minimerer de termiske gradienter som dannes ved hurtig gyroskopoppvarming og høye dreiemomentrater, karakterisert ved at dreiemomentmagnetene (21, 22) er dannet med fremspring for å maksimere flukstettheten i spalten mellom magnetene (21, 22) og en respektiv spole (14), samtidig som sprederfluksen minimeres, og hvori hver dreiemomentmagnet (21, 22) har et par av aksialt adskilte ringer (32, 35) som er magnetisk varmefølsomme for å kompensere for fallet i flukstettheten til magnetene med økende temperatur.

2. Gyroskop i henhold til krav 1, karakterisert ved at svinghjulet (10) har et par av ringformede flensseksjoner (36, 37) som strekker seg i en retning aksialt utover forbi dreiemomentmagnetene (21, 22) for å redusere solenoidkraften av dreiemomentspolen (18, 19, 20) og derved minimere ulineæritetsfeil i dreiemoment-organene.

3. Gyroskop i henhold til krav 2, karakterisert ved at dreiemomentspolene (18, 19, 20) består av fire individuelle og utskiftbare segmenter, hvilket derved tillater deres impedanstilpasning, justering av innretting og valg med henblikk på optimale karakteristikker.

4. Gyroskop i henhold til krav 3, karakterisert ved at monteringsplaten (26) og ringdelen (27) ved dreiemomentspolen har et L-formet tverrsnitt og omfatter en radialt utstrakt platedel (26) og en ak-sielt utstrakt ringdel (27), idet nevnte ringdel har en festeseksjon (28), slik at nevnte festeseksjon er tilpasset for å festes til huset (14) og nevnte festeseksjon er anbragt i et radialt utstrakt plan som i hovedsak inkluderer dreiemomentmagnetsenteret, hvilket derved minimerer forandringen av posi-sjon i en aksial retning for dreiemomentspolen (18, 19, 20) relativt til dreiemomentmagnetsenteret på grunn av temperatur-forandring .