DE2841256A1

DE2841256A1 - DEVICE WITH A RING-SHAPED ROTOR

Info

Publication number: DE2841256A1
Application number: DE19782841256
Authority: DE
Inventors: Guenter Ing Grad Innerhofer; Dieter Ing Grad Rapp
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1978-09-22
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1980-04-03

Description

Die Erfindung bezieht sich gemäß Oberbegriff des erstenThe invention relates according to the preamble of the first

Patentanspruches auf eine Vorrichtung mit einem ringförmigen Rotor , insbesondere nach Hauptpatent ..........Claim to a device with an annular rotor , in particular according to the main patent ..........

(Patentanmeldung P 28 03 474.4). Eine derartige. Vorrichtung kann beispielsweise zur Energiespeicherung und/oder zur Stabilisierung von. Satelliten oder Raumfahrzeugen zum Einsatz gelangen, wobei ein großes Verhältnis des Trägheitsmomentes des Rotors bzw. der Rotor-Schwungmasse zum Gesamtgewicht angestrebt wird. Es besteht die Forderung nach einer hohen Steifigkeit und Festigkeit sowie einer möglichst geringen Dehnung des Rotors sowohl im Hinblick auf hohe Drehzahlen als auch auf Temperaturänderungen im Weltraum. Weit erhin müssen in der Raumfahrttechnik insbesondere ein geringer Raum- und Gewichtsbedarf sowie eine hohe Funktionssicherheit der Vorrichtung erzielt werden.(Patent application P 28 03 474.4). Such a one. Device can for example for energy storage and / or for stabilizing. Satellites or spacecraft are used, with a large ratio of the moment of inertia of the rotor or the rotor flywheel to the total weight is sought. It exists the requirement for high rigidity and strength as well as a possible low elongation of the rotor both in terms of high speeds and Temperature changes in space. Far he must in particular in space technology a low space and weight requirement as well as a high functional reliability of the device be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem geringen konstruktiven Aufwand die genannten Forderungen zu erfüllen und die Vorrichtung gemäß Hauptpatent noch weiter zu verbessern.The invention is based on the object with a low constructive Effort to meet the requirements mentioned and the device according to the main patent to improve even further.

Diese Aufgabe wird durch die im ersten Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst.This object is given by the one specified in the first claim Features solved.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich vor allem durch einen einfachen Aufbau, ein günstiges Verhältnis von Rotorträgheitsmoment zu Rotorgewicht bzw. Gesamtgewicht sowie durch eine hohe mechanische Festigkeit und Steifigkeit auch bei hohen Drehzahlen aus. Mit der angegebenen Ausbildung der Schenkel des Rotorringes wird ein zusätzliches Verkeilen zwischen dem Rotorring und dem Faserverbundwerkstoff erreicht, da bei Rotation des Rotors die Dehnung des Werkstoffes des Rotorringes größer ist als die des Faserverbundwerkstoffes. In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Innenkontur des Rotorringes polygonartig bzw. trapezförmig ausgebildet, so daß die Massen der Dauermagnete erheblich kleiner gehalten werden können als bei einer zylindrischen Innenkontur. Hierdurch ergibt sich weiterhin eine Erhöhung der Rotorsteifigkeit sowie ein erhöhtes Rotorträgheitsmoment, da noch mehr Faserverbundwerkstoff auch dem Rotor angeordnet werden kann. Es ist weiterhin von besonderem Vorteil, daß die Außenfläche der genannten Rotorschenkel derart ausgebildet werden, daß mittels der auf dem Stator angeordneten Sensoren unter allen Betriebsbedingungen eine optimale und weitgehend.unverfälschte Erfassung der Rotorposition in axialer und/oder radialer Richtung gewährleistet wird.The device according to the invention is characterized above all by a simple structure, a favorable ratio of rotor moment of inertia to rotor weight or total weight as well as high mechanical strength and rigidity even at high speeds. With the specified training of the legs of the rotor ring there is an additional wedging between the rotor ring and the fiber composite material achieved, since the expansion of the material of the rotor ring when the rotor rotates is greater than that of the fiber composite material. In a preferred further development the inner contour of the rotor ring becomes polygonal or trapezoidal designed so that the masses of the permanent magnets are kept considerably smaller can than with a cylindrical inner contour. This continues to result an increase in rotor stiffness as well as an increased rotor moment of inertia, there still more fiber composite material can also be arranged on the rotor. It is still It is particularly advantageous that the outer surface of the said rotor limbs is designed in this way that by means of the sensors arranged on the stator under all operating conditions an optimal and largely undistorted detection of the rotor position in the axial and / or radial direction is guaranteed.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen und Unteransprüchen.Further advantages result from the exemplary embodiments and subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen Fig. 1 - einen axialen Schnitt durch die Vorrichtung mit getrennten Sensoren zur Erfassung der axialen bzw. radialen Position des Rotors, Fig. 2 - einen axialen Teilschnitt durch die Vorrichtung mit einem Sensor zur Erfassung sowohl der axialen, als auch radialen Position des Rotors.The invention is illustrated below with reference to the in the drawing Embodiments explained. 1 shows an axial section through the Device with separate sensors for detecting the axial or radial position of the rotor, Fig. 2 - an axial partial section through the device with a sensor to detect both the axial and radial position of the rotor.

Die Vorrichtung enthält gemäß Fig. 1 einen ringförmigen Rotor 1, welcher einen u-förmigen Ring 2 aus Stahl mit im wesentlichen radial gerichteten Schenkeln 3 aufweist. Der ungeteilte Rotor 1 ist bezüglich eines Stators 5 um die Drehachse 6 drehbar angeordnet. Der Rotorring 2 ist mit einem Faserwerkstoff 7, insbesondere aus Kohlenstoff- oder Aramidfasern, umwickelt, welche mit einem Epoxydharz vergossen sind, so daß ein Hochmodul Verbundwerkstoff entsteht. Der Faserwerkstoff ist in mehreren Lagen auf den Rotorring 2 aufgebracht, wobei die zu sogenannten Rovings zusammengefaßten Einzelfasern parallel oder unter vorgegebenen Winkeln zur Radialebene orientiert sind. Dieser Faserorientierungswinkel ist auf das drehzahl- und temperaturbedingte Dehnungsverhalten des Rotorringes 2 abgestimmt, so daß eine geringe und weitgehend gleichmäßige Dehnung des Rotors 1 erreicht wird. Durch Vergrößerung des Rotordurchmessers kann dieser Anteil vergrößert werden, während das Gesamtgewicht im geringeren Maße anwächst. Dadurch kann das Trägheitsmoment des Rotors an verschiedene Anforderungen angepaßt werden. Ebenso kann der Verbundwerkstoff mit einem Hohlkastenprofil - durch die gestrichelten Linien dargestellt - ausgebildet werden, damit bei niedrigem Gewicht ein hohes Trägheitsmoment und eine hohe Steifigkeit erreicht wird. Die Innenfläche 10 des Rotorringes 2 weist bezüglich der Drehachse 6 eine polygonartige Kontur auf. Auf die Innenfläche 10 sind zwei Dauermagnetringe 8, 9, welche im wesentlichen radial magnetisiert sind und unterschiedliche Polaritäten aufweisen, mittels eines Klebeharzes aufgeklebt. Der Rotorring 2 dient als magnetischer Rückschluß, wobei dessen Wandstärke vor allem entsprechend der Sättigungsinduktion des verwendeten Stahl-Werkstoffes sowie der magnetischen Feldliniendichte dimensioniert ist.The device includes, according to FIG. 1, an annular rotor 1, which a U-shaped ring 2 made of steel with substantially radially directed legs 3 has. The undivided rotor 1 is with respect to a stator 5 to Axis of rotation 6 rotatably arranged. The rotor ring 2 is made of a fiber material 7, in particular made of carbon or aramid fibers, wrapped in an epoxy resin so that a high-modulus composite material is created. The fiber material is in several layers applied to the rotor ring 2, the so-called rovings combined individual fibers parallel or at predetermined angles to the radial plane are oriented. This fiber orientation angle is dependent on the speed and temperature Elongation behavior of the rotor ring 2 matched, so that a small and largely uniform expansion of the rotor 1 is achieved. By increasing the rotor diameter this proportion can be increased, while the total weight to a lesser extent grows. This allows the moment of inertia of the rotor to meet different requirements be adjusted. Likewise, the composite material with a hollow box profile - through the dashed lines shown - designed so at low weight a high moment of inertia and high rigidity is achieved. The inner surface 10 of the rotor ring 2 has a polygonal contour with respect to the axis of rotation 6. On the inner surface 10 are two permanent magnet rings 8, 9, which are essentially radial are magnetized and have different polarities, by means of an adhesive resin glued. The rotor ring 2 serves as a magnetic yoke, with its wall thickness especially according to the saturation induction of the steel material used as well as the magnetic field line density is dimensioned.

Die axiale Breite des Rotors wird nur so groß dimensioniert, wie durch Optimierungsrechnungen der Magnetkreise für Lagerung und Antrieb entsprechende Breiten für die Dauermagnete 8, 9, 30 sowie die Wicklungen 17, 18, 19, 31 erforderlich sind. Damit wird erreicht, daß der Rest des benötigten rägheitsmoments durch die Festlegung des Rotoraußendurchmessers und somit im wesentlichen durch den Faserwerkstoff 7 erzielt wird, Die Innenflächen 32 der Schenkel 3 weisen zur Radialebene einen WinkeloC auf bzw. sie sind konisch ausgebildet, so daß der axiale Abstand zwischen den beiden Schenkeln 3 am äußeren Umfang größer ist als am inneren Umfang. Der aus Metall, insbesondere aus einem hochfesten Stahl, bestehende Rotorring 2 erfährt bei Rotation des Rotors 1 eine größere Dehnung als der Faserverbundwerkstoff 7. Damit wird zwischen den Innenflächen 32 der Schenkel 3 und dem Faserverbwndwerkstoff ein zusätzliches Verkeilen erreicht und Differenzbewegungen werden vermieden. Die Innenfläche 10 des Rotorringes 2 weist bezüglich der Drehachse 6 eine polygonartige Kontur auf, so daß eine im wesentlichen trapezförmige Gestalt vorhanden ist. Die in axialer Richtung außen liegenden Bereiche der Innenfläche 10 sind bezüglich einer zur Drehachse 6 konzentrischen Zylinderfläche um die Winkel4 und /geneigt angeordnet. Auf diese Weise wird zwar die Masse des Rotorringes im Vergleich zu einer zylindrischen Ausführung etwas größer, doch es ergibt sich somit eine erhöhte Steifigkeit des Rotors. Weiterhin kann hierdurch die Masse der Magnete 8, 30 sehr klein gehalten werden und die Masse des Faserverbundwerkstoffes erhöht werden, um ein großes Trägheitsmoment zu erreichen.The axial width of the rotor is only dimensioned as large as by Optimization calculations of the magnetic circuits for bearing and drive corresponding widths for the permanent magnets 8, 9, 30 and the windings 17, 18, 19, 31 are required. This ensures that the remainder of the required moment of inertia is determined by the definition of the rotor outer diameter and thus essentially through the fiber material 7 is achieved The inner surfaces 32 of the legs 3 point to the radial plane an WinkeloC or they are conical, so that the axial distance between the two legs 3 is larger on the outer circumference than on the inner circumference. The rotor ring 2, which is made of metal, in particular a high-strength steel When the rotor 1 rotates, it expands more than the fiber composite material 7. This is between the inner surfaces 32 of the leg 3 and the fiber composite material an additional wedging is achieved and differential movements are avoided. the The inner surface 10 of the rotor ring 2 has a polygonal shape with respect to the axis of rotation 6 Contour so that a substantially trapezoidal shape is present. the Areas of the inner surface 10 lying on the outside in the axial direction are with respect to a to the axis of rotation 6 concentric cylinder surface arranged inclined by the Winkel4 and /. In this way, the mass of the rotor ring is compared to a cylindrical one Version a little larger, but this results in an increased rigidity of the Rotor. Furthermore, the mass of the magnets 8, 30 can thereby be kept very small and the mass of the fiber composite material can be increased to a large moment of inertia to reach.

Der Stator 5 enthält einen Ring 12 aus einem ebenfalls gewickelten und mit Epoxydharz vergossenen Faserwerkstoff.The stator 5 contains a ring 12 made of a likewise wound and fiber material encapsulated with epoxy resin.

Der Statorring 12 enthält, ähnlich wie der Rotor, eine Faserring-Umfangswicklung 12a, welche in eine kastenprofilförmige Fasergewebeanordnung 12b eingelegt ist sowie eine ringförmige Fasergewebeanordnung 12c, wobei zur Verbindung ein Epoxydharz vorgesehen ist. Die Fasergewebeanordnung 12b weist eine diagonale Faserorientierung auf, wahrend die Faserwicklung 12a umfangsorientiert ist. Hierdurch wird bei kleinem Statorgewicht eine hohe Steifigkeit des Stators- erreicht und es können hohe Belastungskräfte übertragen werden.The stator ring 12 contains, similar to the rotor, a fiber ring circumferential winding 12a, which is inserted into a box profile-shaped fiber fabric arrangement 12b and an annular fiber fabric arrangement 12c, with an epoxy resin being provided for connection is. The fiber fabric arrangement 12b has a diagonal fiber orientation, while the fiber winding 12a is circumferentially oriented. This results in a small stator weight A high stiffness of the stator is achieved and high loading forces can be achieved be transmitted.

Die Innenfläche des Statorringes enthält zwei ringförmige Ausnehmungen 37, 38, so daß er im radialen Querschnitt eine doppeltorbogenförmige Gestalt aufweist. Somit ergibt sich einerseits eine sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit und andererseits die Möglichkeit, an der Versteifungsrippe bzw. den Steg 25 Leiterplatten 27 anzuordnen. An den Stirnflächen des Statorringes 12 sind zwei ringförmige Seitenflansche 13, 14, vorzugsweise aus Aluminium, angeordnet. In einer Umfangsnut 15 des Statorringes 12 sind jeweils vier Wicklungen 17, 18, 19 angeordnet, welche sich jeweils in Umfangsrichtung über einen Winkel von etwa 900 erstrecken, so daß insgesamt zwölf derartige Wicklungen vorhanden sind. Die den Dauermagnetringen 8, 9 zugekehrten Oberflächen der Wicklungen 17, 18, 19 weisen eine im wesentlichen sphärische Kontur auf, so daß bei Verschwenkungen des Rotors die Weiten der annähernd sphärischen Luftspalte zwischen Wicklungen und Dauermagneten praktisch unverändert bleiben. Die in Umfangsrichtung verlaufenden Stränge der Wicklung 17 befinden sich etwa in der Mitte der Dauermagnetringe 8, 9, d.h., in Bereichen mit im wesentlichen radial gerichteten Feldlinien. Wird die Wicklung 17 von Strom durchflossen, so wird auf dem Rotor 1 eine axiale Kraftkomponente wirksam. Werden diametral gegenüberliegende Wicklungen 17 von Strömen entgegengesetzter Richtung durchflossen, so ergibt sich ein Drehmoment zur Verschwenkung des Rotors um die zur Drehachse 6 orthogonalen Achsen. An den Grenzen der genannten Winkelbereiche von 900 sind jeweils Wickelköpfe 20 der Wicklungen 17 in Ausnehmungen 21 des Statorringes 12 eingelegt. Die Wicklungen 18 bzw. 19 sind den Magnetringen 8 bzw. 9 zugeordnet und zwar derart, daß die in Umfangsrichtung verlaufenden Wicklungsstränge sich in Bereichen befinden, in welchen die magnetischen Feldlinien im wesentlichen axial verlaufen. Die Ströme in den Wicklungen 18, 19 bewirken somit radiale Kraftkomponenten auf den Rotor 1. Die Ansteuerung der Wicklungen 17, 18, 19 erfolgt in Abhängigkeit der Signale von vorzugsweise induktiven Lagesensoren 24 und 54 über eine Regelelektronik, welche auf den ring- oder scheibenförmigen Leiterplatten 26 und/oder 27 innerhalb des Statorringes 12 angeordnet sind. Der Statorring 12 enthält in der Mitte eine umlaufende mechanische Vers-teifungsrippe bzw. Steg 25 zur Befestigung der weiteren Leiterplatten 27. Die Leiterplatten 26 enthalten vor allem elektronische Leistungsbauteile, wie zum Beispiel Beistungstransistorenund sind zwecks guter Wärmeableitung auf den Seitenflanschen 13, 14 befestigt.The inner surface of the stator ring contains two annular ones Recesses 37, 38, so that it has a double arched shape in radial cross section. This results in a very high strength and rigidity on the one hand and on the other hand the possibility of arranging circuit boards 27 on the stiffening rib or the web 25. On the end faces of the stator ring 12 are two annular side flanges 13, 14, preferably made of aluminum, arranged. In a circumferential groove 15 of the stator ring 12, four windings 17, 18, 19 are arranged, each of which extends in the circumferential direction Extend over an angle of about 900, making a total of twelve such windings available. The surfaces of the windings facing the permanent magnet rings 8, 9 17, 18, 19 have an essentially spherical contour, so that when pivoted of the rotor, the widths of the approximately spherical air gaps between windings and Permanent magnets remain practically unchanged. The ones running in the circumferential direction Strands of the winding 17 are located approximately in the middle of the permanent magnet rings 8, 9, i.e. in areas with essentially radially directed field lines. Will the When current flows through winding 17, an axial force component is generated on rotor 1 effective. If diametrically opposite windings 17 of currents become more opposed Direction, the result is a torque for pivoting the rotor about the axes orthogonal to the axis of rotation 6. At the limits of the mentioned angular ranges of 900 are winding heads 20 of the windings 17 in recesses 21 of the stator ring 12 inserted. The windings 18 and 19 are assigned to the magnetic rings 8 and 9, respectively in such a way that the winding strands extending in the circumferential direction are in Areas are located in which the magnetic field lines are essentially axial get lost. The currents in the windings 18, 19 thus cause radial force components on the rotor 1. The control of the windings 17, 18, 19 takes place depending on the signals from preferably inductive position sensors 24 and 54 a control electronics, which on the ring-shaped or disk-shaped circuit boards 26 and / or 27 are arranged within the stator ring 12. The stator ring 12 contains in the middle a circumferential mechanical reinforcement rib or web 25 for fastening of the further circuit boards 27. The circuit boards 26 contain mainly electronic ones Power components such as auxiliary transistors are used for good heat dissipation attached to the side flanges 13, 14.

Auf der Innenfläche 10 des Rotorringes 2 sind in Umfangsrichtung eine Anzahl radial magnetisierter Dauermagnete 30 mit abwechselnder Polarität angeordnet. Die Oberflächen der Dauermagnete 30 bilden eine etwa zylindrische oder gegebenenfalls konische bzw. polygone Mantelfläche, deren Durchmesser etwas größer ist als der Durchmesser der Oberflächen von den Wicklungssträngen 17, welche dem mittleren Dauermagnetring 9 gegenüber liegen. Aufgrund dieser Dimensionierung ist es möglich, den Rotor 1 aus einem Stück zu fertigen und anschließend auf den ungeteilten Statorring 12 aufzuschieben. Dadurch entfallen Montagetoleranzen, die bei einer geteilten Statorausführung zwangsläufig wären und das Funktionsverhalten des Geräts beeinträchtigen. Auf dem Statorring ist den Dauermagneten 30 eine mehrphasige Wicklung 31 zugeordnet, welche nach Art einer bürstenlosen Gleichstrommaschine angesteuert wird und aus HF-Litze hergestellt ist. Eine derartige Maschine kann sowohl als Motor zur Erzeugung eines Antriebsmoments für den Rotor als auch als Generator zur Umwandlung der Energie des sich drehenden Rotors in elektrische Energie oder zur Erzeugung eines Bremsmoments betrieben werden. Die Ansteuerelektronik für die Wicklungen 31 ist ebenfalls auf einer der Leiterplatten 26, 27 im Inneren des Statorringes 12 angeordnet.On the inner surface 10 of the rotor ring 2 are in the circumferential direction Number of radially magnetized permanent magnets 30 arranged with alternating polarity. The surfaces of the permanent magnets 30 form an approximately cylindrical or optionally conical or polygonal surface, the diameter of which is slightly larger than the Diameter of the surfaces of the winding strands 17, which the central permanent magnet ring 9 facing each other. Due to this dimensioning, it is possible to use the rotor 1 to be made from one piece and then pushed onto the undivided stator ring 12. This means that there are no assembly tolerances that are inevitable with a split stator design and impair the functionality of the device. On the stator ring a polyphase winding 31 is assigned to the permanent magnets 30, which according to Art is controlled by a brushless DC machine and made from HF litz wire is. Such a machine can be used both as a motor for generating a drive torque for the rotor as well as a generator for converting the energy of the rotating The rotor can be operated in electrical energy or to generate a braking torque. The control electronics for the windings 31 are also on one of the circuit boards 26, 27 arranged in the interior of the stator ring 12.

Die Oberfläche 31a der Wicklung 31 ist bezüglich einer zur Drehachse konzentrischen Zylinderfläche um einen Winkel geneigt, wobei der dem Seitenflansch 13 zugewandte Außendurchmesser am kleinsten ist. Die Größe des Winkels 4 wird entsprechend dem geforderten Schwenkwinkel des Rotors 1 gewählt. Auch die Oberflächen der Magnete 30 sind um einen entsprechenden Winkel geneigt angeordnet. Auf diese Weise kann der Motorluftspalt sehr klein ausgebildet und ein hoher Motorwirkungsgrad erreicht werden.The surface 31a of the winding 31 is with respect to an axis of rotation concentric cylindrical surface inclined at an angle, being that of the side flange 13 facing outer diameter is smallest. The size of the angle 4 is accordingly the required swivel angle of the rotor 1 is selected. Also the surfaces of the magnets 30 are arranged inclined at a corresponding angle. That way you can the motor air gap is made very small and a high motor efficiency is achieved will.

Auf den Seitenflanschen 13, 14 sind Ringe bzw. Ringteile 33 mit Winkelprofil vorgesehen und zwar derart, daß sie den Kanten 34 des u-förmigen Rotorringes 2 gegenüberliegen.On the side flanges 13, 14 are rings or ring parts 33 with an angle profile provided in such a way that the edges 34 of the U-shaped rotor ring 2 are opposite.

Die Luftspalte zwischen Rotorring 2 und den Ringteilen 33 sind so dimensioniert, daß bei Beruhrung von Rotorring und Ringteilen 33 die Magnete 8, 9 und 30 die zugeordneten Wicklungen gerade nicht berühren können und daß andererseits der geforderte Verschwenkwinkel des Rotors ohne Berührung jedoch ermöglicht wird. Die genannten Ringteile 33 stellen somit mechanische Begrenzungen dar und dienen gleichzeitig als mechanische Notlauflagerungen für die Anlauf/Auslaufphase des Rotors 1 oder bei Störungen der magnetischen Lagerung.The air gaps between the rotor ring 2 and the ring parts 33 are like this dimensioned so that when the rotor ring and ring parts 33 come into contact with each other, the magnets 8, 9 and 30 just cannot touch the associated windings and that on the other hand however, the required pivot angle of the rotor is made possible without contact. The mentioned ring parts 33 thus represent mechanical limitations and serve at the same time as mechanical emergency running bearings for the start-up / run-down phase of the rotor 1 or in the event of faults in the magnetic bearing.

Auf dem Seitenflansch 14 sind wenigstens zwei Sensoren 24 zur Erfassung der radialen Position des Rotors 1 angeordnet und zwar derart, daß in den beiden radialen Richtungen die Rotorposition erfaßbar ist. Die Sensoren 24 sind den radialen Stirnflächen 29 des Schenkels 3 gegenüberliegend angeordnet, wobei die Polschuhe 24a eine größere, axiale Ausdehnung aufweisen, als die Pol--oder Stirnflächen 29.On the side flange 14 there are at least two sensors 24 for detection the radial position of the rotor 1 arranged in such a way that in the two radial directions the rotor position can be detected. The sensors 24 are radial End faces 29 of the leg 3 are arranged opposite one another, the pole shoes 24a have a greater axial extent than the pole or end faces 29.

Die derart ausgebildeten, induktiven Radialsensoren sind somit weitgehend unempfindlich gegen axiale Bewegungen oder Eippbewegungen des Rotors 1. Ferner sind in dem Seitenflansch 13 Sensoren 54 zur Erfassung der axialen Position des Rotors 1 angeordnet. Der Polschuh 55 weist in radialer Richtung eine größere Ausdehnung auf als die in axialer Richtung gegenüberliegende Polfläche 56 des Schenkels 3, so daß der derart ausgebildete Sensor 54 weitgehend unempfindlich ist gegen radiale Bewegungen des Rotors 1. Die genannten induktiven Sensoren sind rückwirkungsfrei und erzeugen die erforderlichen Signale, falls der Rotor aus der eingezeichneten Sollposition abweicht. Mittels der Signale der Sensoren 24, 54 werden über die genannte Regelelektronik die Wicklungen 17, 18, t9 angesteuert und somit die erforderlichen Lagerkräfte auf den Rotor 1 ausgeübt.The inductive radial sensors designed in this way are therefore largely insensitive to axial movements or eipping movements of the rotor 1. Furthermore, in the side flange 13 sensors 54 for detecting the axial Position of the rotor 1 arranged. The pole piece 55 has a in the radial direction greater extent than the pole face 56 opposite in the axial direction of the leg 3, so that the sensor 54 designed in this way is largely insensitive is against radial movements of the rotor 1. The inductive sensors mentioned are reaction-free and generate the necessary signals if the rotor is out of the the target position shown deviates. By means of the signals from the sensors 24, 54 The windings 17, 18, t9 are controlled via the control electronics mentioned and thus the necessary bearing forces are exerted on the rotor 1.

Fig. 2 zeigt einen axialen Teilschnitt mit einem Rotorschenkel 3, dessen Stirnfläche 57 bezüglich einer zur Drehachse 6 konzentrischen Zylinderfläche um einen Winkel6 geneigt ist. Der Stirn- bzw. Polfläche 57 ist ein ebenfalls geneigter Sensor 58 zugeordnet, welcher im Seitenflansch 14 angeordnet ist. In der dargestellten Sollposition des Rotors 1 liegt die Oberfläche des Polschuhes 59 in der gleichen Ebene wie die Polfläche 57, wobei die äußere Kante 60 der Polfläche 57 den Polschuh 59 etwa zur Hälfte überdeckt. Bewegt sich der Rotor 1 in axialer Richtung aus der Sollposition heraus, so ändert sich die Überdeckung von Polschuh 59 und Polfläche 57 und es ergibt sich in dem induktiven Sensor 58 ein entsprechendes Signal. Bewegt sich der Rotor 1 in radialer Richtung aus der Sollposition heraus, so ändert sich der Abstand zwischen Polschuh 59 und Polfläche 57 und es ergibt sich in dem induktiven Sensor 58 ein der radialen Änderung entsprechendes Signal. Sind beispielsweise vier derartige Sensoren über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet, so können durch geeignete Verknüpfungen bzw. durch Addition oder Subtraktion der jeweiligen Sensorsignale weitere Signale erzeugt werden, welche der radialen bzw. axialen Position des Rotors t entsprechen.Fig. 2 shows an axial partial section with a rotor leg 3, its end face 57 with respect to a cylindrical surface concentric to the axis of rotation 6 is inclined at an angle6. The end face or pole face 57 is also inclined Associated with sensor 58, which is arranged in side flange 14. In the illustrated The desired position of the rotor 1 is the surface of the pole piece 59 in the same Level like the pole face 57, the outer edge 60 of the pole face 57 being the pole piece 59 about half covered. If the rotor 1 moves in the axial direction from the Set position out, the overlap of pole piece 59 and pole face changes 57 and there is a corresponding signal in the inductive sensor 58. Emotional If the rotor 1 moves out of the target position in the radial direction, then it changes the distance between pole piece 59 and pole face 57 and it results in the inductive Sensor 58 a signal corresponding to the radial change. For example, are four Such sensors are arranged evenly distributed over the circumference, so can through suitable links or by adding or subtracting the respective sensor signals further signals are generated, which the radial or axial position of the rotor t correspond.

Sind auch in dem Flansch 13 derartige Sensoren 58 angeordnet, so können ohne weiteres auch Verschwenkungen des Rotors 1 um die zur Drehachse 6 senkrechten Achsen erfaßt werden.If such sensors 58 are also arranged in the flange 13, so can swiveling of the rotor 1 about the axis perpendicular to the axis of rotation 6 without further ado Axes are recorded.

Claims

Device with an annular rotor (addendum to patent application P 28 034 74.4) Claims: 1.) Device with an annular rotor, in particular according to the main patent ....... (patent application P 28 034 74.4) containing an electrical Drive and a contact-free, magnetic bearing as well as arranged on the rotor Permanent magnets, which on a stator windings of the drive and magnetic bearing are assigned, the rotor containing a soft magnetic ring on which the permanent magnets are arranged and which is wrapped with a fiber material is, characterized in that the rotor ring (2) has a substantially U-shaped Cross-section with outwardly extending substantially in the radial direction Legs (3) has that the inner surfaces (32) of the legs (3) in relation to radial planes are arranged inclined by an angle (cC), the axial distances of the legs (3) on the outside diameter are greatest, and that between the thighs (3) the fiber material (7) is inserted.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the rotor ring (2) consists of a metallic material, in particular a high-strength steel, and that the fiber material or fiber composite material has a greater modulus of elasticity has than the metallic material of the rotor ring (2).

3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the inner surface (10) of the rotor ring is approximately trapezoidal, the in the direction of the axis of rotation (6) external parts of the inner surface (10) with respect to a cylindrical surface concentric to the axis of rotation (6) at an angle (L t) in the direction are inclined on the axis of rotation (6), so that the masses arranged there the magnets (8, 30) are comparatively small.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the surfaces of the windings (17, 18, 19, 31) and the opposite Surfaces of the magnets (8, 9, 30) are essentially arcuate or polygonal Have contour.

5. Device according to one of the preceding. Claims, characterized in that that the surface of the winding (31) is concentric with respect to an axis of rotation (6) Cylinder surface is arranged inclined at an angle, the side flange (13) the obvious outer diameter is smallest.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the legs (3) have radially outer, annular pole faces (29), which are opposite in the radial direction on the stator or side flange (14) Sensors (24) are assigned to detect the radial rotor position.

7. Device according to claim 6, characterized in that the pole shoes (24a) have a larger surface in the axial direction than the pole faces (29).

8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that that the legs (3) extending in the radial direction, annular pole faces (56), which on the stator or side flange (13) in the axial direction opposing sensors (54) assigned to detect the axial rotor position are.

9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the pole shoes (55) have a larger surface in the radial direction than the pole faces (56).

10. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the legs (3) have a substantially triangular cross-section radially on the outside have that the end faces (57) of the legs (3) with respect to the axis of rotation (6) concentric cylindrical surface inclined at an angle (E), and that on the stator or side flange (14) sensors (58) are arranged, wherein at least the pole shoes (59) perpendicular to the end faces or pole faces (57) are arranged so that when the rotor moves due to changes in the distance or the overlap of pole pieces (59) and pole faces (57) signals accordingly the radial or axial position of the rotor (1) can be generated.

11. The device according to claim 10, characterized in that the Outer edges (60) of the pole faces (57) in the target position of the rotor (1) at least lie approximately in the middle of the pole shoes (59).