CH713941A2 - AC / DC double ball surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery. - Google Patents

AC / DC double ball surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery. Download PDF

Info

Publication number
CH713941A2
CH713941A2 CH00973/18A CH9732018A CH713941A2 CH 713941 A2 CH713941 A2 CH 713941A2 CH 00973/18 A CH00973/18 A CH 00973/18A CH 9732018 A CH9732018 A CH 9732018A CH 713941 A2 CH713941 A2 CH 713941A2
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
stator
radial
axial
spherical surface
rotor
Prior art date
Application number
CH00973/18A
Other languages
German (de)
Other versions
CH713941B1 (en
Inventor
Zhang Weiyu
Yang Hengkun
Zhu Huangqiu
Original Assignee
Univ Jiangsu
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Univ Jiangsu filed Critical Univ Jiangsu
Publication of CH713941A2 publication Critical patent/CH713941A2/en
Publication of CH713941B1 publication Critical patent/CH713941B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/02Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels
    • H02K7/025Additional mass for increasing inertia, e.g. flywheels for power storage
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/0408Passive magnetic bearings
    • F16C32/041Passive magnetic bearings with permanent magnets on one part attracting the other part
    • F16C32/0421Passive magnetic bearings with permanent magnets on one part attracting the other part for both radial and axial load
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/047Details of housings; Mounting of active magnetic bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0489Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing
    • F16C32/0491Active magnetic bearings for rotary movement with active support of five degrees of freedom, e.g. two radial magnetic bearings combined with an axial bearing with electromagnets acting in axial and radial direction, e.g. with conical magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08Structural association with bearings
    • H02K7/09Structural association with bearings with magnetic bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/55Flywheel systems
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00Electrical apparatus
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein AC/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie, wobei der radiale Stator dadurch ausgebildet ist, dass ein oberer radialer Stator (1) und ein unterer radialer Stator, deren Jochabschnitte einteilig miteinander verbunden sind, koaxial angeordnet sind, und wobei an dem oberen Ende des Jochabschnitts des oberen radialen Stators und dem unteren Ende des Jochabschnitts des unteren radialen Stators jeweils drei radiale Statorpole (16) entlang der Umfangsrichtung gleichmässig angeordnet sind, und wobei die Oberfläche des inneren Endes von jedem radialen Statorpol jeweils eine konkave Kugelfläche ist, und wobei am oberen und unteren Ende des mittleren Zylinders jeweils ein mit dem Zylinder des oberen Endes verbundener oberer Verbindungskörper und ein mit dem Zylinder des unteren Endes verbundener unterer Verbindungskörper vorgesehen sind, und wobei die Seitenwände des Zylinders des oberen und unteren Endes jeweils eine konvexe Kugelfläche sind; und wobei jede konkave Kugelfläche längsverlaufend entsprechend genau der konvexen Kugelfläche zugewandt ist, und wobei ausserhalb des mittleren Zylinders der axiale Stator (5) verschachtelt ist, und wobei an der Oberseite des oberen axialen Stators (51) und der Unterseite des unteren axialen Stators (52) jeweils ein ringförmiger Permanentmagnet installiert ist. Für die gegenüberliegenden Flächen des Stators und des Rotors (7) wird jeweils eine Kugelflächenstruktur verwendet. Dadurch kann das Auftreten eines gyroskopischen Effekts beseitigt werden. Bei einer Ablenkung oder Verschiebung des Rotors (7) des Magnetlagers wird die elektromagnetische Kraft zu dem Kugelmittelpunkt des Rotors (7) gerichtet, um ein durch den Statormagnetpol auf den Rotor (7) generiertes Störungsdrehmoment zu reduzieren.The present invention discloses a 5-degree AC / DC double-spherical-surface mixed magnetic bearing for a vehicle flywheel battery, wherein the radial stator is formed by coaxially arranging an upper radial stator (1) and a lower radial stator whose yoke portions are integrally connected to each other and at the upper end of the yoke portion of the upper radial stator and the lower end of the yoke portion of the lower radial stator, three radial stator poles (16) are uniformly arranged along the circumferential direction, and the inner end surface of each radial stator pole respectively is a concave spherical surface, and wherein at the upper and lower ends of the middle cylinder each having a cylinder connected to the upper end of the upper connecting body and a lower end of the cylinder connected to the lower connecting body, and wherein the side walls of the cylinder of the upper and lower end are each a convex spherical surface; and wherein each concave spherical surface is longitudinally corresponding to exactly the convex spherical surface, and outside of the middle cylinder, the axial stator (5) is interleaved, and at the upper side of the upper axial stator (51) and the lower side of the lower axial stator (52 ) In each case an annular permanent magnet is installed. For the opposite surfaces of the stator and the rotor (7) is used in each case a spherical surface structure. This can eliminate the occurrence of a gyroscopic effect. Upon deflection or displacement of the rotor (7) of the magnetic bearing, the electromagnetic force is directed to the ball center of the rotor (7) to reduce a disturbance torque generated by the stator magnetic pole on the rotor (7).

Description

Beschreibungdescription

TECHNISCHES GEBIET [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetische Aufhängungslager ohne nichtmechanischen Kontakt, insbesondere ein AC/DC-Fünffreiheitsgrad-Mischmagnetlager, welche sich zur magnetische Aufhängungsstützung einer Fahrzeugsschwungradbatterie für Elektrofahrzeuge eignet.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a magnetic suspension bearing without non-mechanical contact, particularly an AC / DC five degree of freedom mixed magnetic bearing which is suitable for magnetic suspension support of a vehicle flywheel battery for electric vehicles.

STAND DER TECHNIK [0002] Zurzeit stellt die Leistung der Fahrzeugbatterie ein Hauptproblem dar, welches die Entwicklung der Elektrofahrzeuge einschränkt. Unter Verwendung der magnetische Aufhängungsstützung und der Rotationsträgheit des Schwungrades realisiert die Fahrzeugsschwungradbatterie die Energiespeicherung, und sie verfügt über eine gute Ladeeffizienz, eine hohe spezifische Leistung, eine kleine Masse, keine Verschmutzung und eine lange Lebensdauer und andere Vorteile. Die derzeit bestehenden Schwungradbatterien verwenden in der Regel ein Elektromagnet-Permanentmagent-Mischmagnetlager als Stützung für den Schwungradrotor, um eine Fünffreiheitsgrad-Aufhängung in der radialen und axialen Richtung zu realisieren. Der Stator des Mischmagnetlagers ist als eine zylindrische Struktur ausgebildet, und der zugeordnete Rotor ist auch zylindrisch ausgebildet. Obwohl mit dem Magnetlager mit der Struktur ein stabiler Aufhängungsbetrieb der Schwungradbatterie sichergestellt werden kann, wird ein gyroskopischer Effekt unvermeidbar bewirkt, wenn die Schwungradbatterie durch die Aussenumgebung gestört wird. Beim Starten, plötzlichen Stoppen und Biegen usw. eines Fahrzeugs wird es bei der Fahrzeugsschwungradbatterie bewirkt, dass in der Beschränkungsrichtung ein sehr hohes gyroskopisches Moment auf die Schwungradwelle ausgeübt wird, so dass ein sehr grosser zusätzlicher Druck auf die Schwungradwelle oder das Magnetlager ausgeübt wird, aufgrund dessen kann die derzeit bestehende Magnetlagerstruktur das Auftreten eines gyroskopischen Effekts sehr schwer vermeiden. Darüber hinaus wird bei den derzeit bestehenden Magnetlagern die Gestaltung der axialen Ansteuerung üblicherweise dadurch realisiert, dass an dem Rotor eine Schubscheibe zusätzlich installiert ist, mit der Gestaltung wird nicht nur die Masse des Rotors erhöht, sondern beim Laufen der Schwungradbatterie bei einer Hochgeschwindigkeit der Reibungs- und Luftwiderstandsverlust der Drehachse wird auch erhöht; darüber hinaus wird die Schubscheibe die lineare Umfangsgeschwindigkeit des Rotors erhöhen, dadurch wird die maximale Drehzahl des Rotors beschränkt.BACKGROUND ART Currently, the performance of the vehicle battery is a major problem that restricts the development of the electric vehicle. Using the magnetic suspension support and the inertia of rotation of the flywheel, the vehicle flywheel battery realizes the energy storage, and it has good charging efficiency, high specific power, small mass, no pollution and long life and other advantages. The currently existing flywheel batteries generally use an electromagnetic permanent magnet mixed magnetic bearing as a support for the flywheel rotor in order to realize a five degree of freedom suspension in the radial and axial direction. The stator of the mixed magnetic bearing is designed as a cylindrical structure, and the associated rotor is also cylindrical. Although the magnetic bearing with the structure can ensure stable suspension operation of the flywheel battery, a gyroscopic effect is inevitably caused when the flywheel battery is disturbed by the outside environment. When a vehicle is started, suddenly stopped and bent, etc., the vehicle flywheel battery causes a very high gyroscopic moment to be exerted on the flywheel shaft in the restricting direction, so that a very large additional pressure is applied to the flywheel shaft or the magnetic bearing due to the current magnetic bearing structure can very difficultly avoid the occurrence of a gyroscopic effect. In addition, in the currently existing magnetic bearings, the design of the axial control is usually realized by additionally installing a thrust washer on the rotor; the design not only increases the mass of the rotor, but also increases the friction when the flywheel battery is running at a high speed. and loss of drag of the axis of rotation is also increased; in addition, the thrust washer will increase the linear peripheral speed of the rotor, thereby limiting the maximum speed of the rotor.

INHALT DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG [0003] Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, hinsichtlich der Probleme der derzeit bestehenden Schwungradbatterien mit einer erhöhten Masse des Rotors und einer Anfälligkeit für das Auftreten eines gyroskopischen Effekts ein AC/DCDoppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie mit einer kompakten Struktur, einem kleinen Volumen, einer kleinen Masse und einer Fähigkeit zum Hemmen des gyroskopischen Effekts zur Verfügung zu stellen.SUMMARY OF THE PRESENT INVENTION It is an object of the present invention to address the problems of currently existing flywheel batteries with increased mass of the rotor and susceptibility to the occurrence of a gyroscopic effect of an AC / DC double-spherical surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery to provide a compact structure, small volume, small mass, and ability to inhibit the gyroscopic effect.

[0004] Ein AC/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie gemäss der vorliegenden Erfindung wird durch die folgende technische Lösung realisiert: ausserhalb des Rotors sind ein axialer Stator und ein radialer Stator koaxial aufgesetzt, wobei der radiale Stator dadurch ausgebildet ist, dass ein oberer radialer Stator und ein unterer radialer Stator, deren Jochabschnitte einteilig miteinander verbunden sind, koaxial angeordnet sind, und wobei der obere und untere Jochabschnitt eine Kammer der radialen Statorpole ausbilden, und wobei an dem oberen Ende des Jochabschnitts des oberen radialen Stators und dem unteren Ende des Jochabschnitts des unteren radialen Stators jeweils 3 radiale Statorpole entlang der Umfangsrichtung gleichmässig angeordnet sind, und wobei die Oberfläche des inneren Endes von jedem radialem Statorpol jeweils eine konkave Kugelfläche ist, und wobei an jedem radialen Statorpol eine radiale Steuerspule gewickelt ist; und wobei in der Mitte des Rotors ein mittlerer Zylinder vorgesehen ist, und wobei am oberen und unteren Ende jeweils ein gleicher Zylinder des oberen Endes und Zylinder des unteren Endes vorgesehen sind, und wobei am oberen und unteren Ende des mittleren Zylinders jeweils ein mit dem Zylinder des oberen Endes verbundener oberer Verbindungskörper und ein mit dem Zylinder des unteren Endes verbundener unterer Verbindungskörper vorgesehen sind, und wobei die Seitenwände des Zylinders des oberen und unteren Endes jeweils eine konvexe Kugelfläche sind und wobei jede konkave Kugelfläche am inneren Ende des oberen und unteren radialen Statorpols längsverlaufend entsprechend genau der konvexen Kugelfläche des Zylinders des oberen und unteren Endes zugewandt ist, und wobei zwischen der konkaven Kugelfläche und der konvexe Kugelfläche ein Luftspalt besteht, und wobei die Kugelmittelpunkte der genau einander zugewandten konkaven Kugelfläche und konvexen Kugelfläche sich überlappen; und wobei ausserhalb des mittleren Zylinders ein axialer Stator fest verschachtelt ist, und wobei der axiale Stator durch einen koaxial angeordneten scheibenförmigen oberen axialen Stator und unteren axialen Stator mit gleicher Struktur ausgebildet ist, und wobei zwischen dem oberen axialen Stator und dem unteren axialen Stator ein scheibenförmiger Magnetisolieraluminiumring überlappend gepresst ist, und wobei die Innenhohlräume des oberen axialen Stators und unteren axialen Stators und des Magnetisolieraluminiumrings eine Kammer des axialen Stators ausbilden, und wobei in der Kammer des axialen Stators eine ihre Innenwand eng berührende axiale Steuerspule angeordnet ist und wobei an der Oberseite des oberen axialen Stators und der Unterseite des unteren axialen Stators jeweils ein zwischen dem axialen Stator und dem radialen Statorpol eng überlappend gepresster ringförmiger Permanentmagnet installiert ist, und wobeiAn AC / DC double spherical surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery according to the present invention is realized by the following technical solution: outside the rotor, an axial stator and a radial stator are placed coaxially, the radial stator being formed thereby that an upper radial stator and a lower radial stator whose yoke sections are integrally connected to one another are arranged coaxially, and wherein the upper and lower yoke sections form a chamber of the radial stator poles, and wherein at the upper end of the yoke section of the upper radial stator and 3 radial stator poles are evenly arranged along the circumferential direction at the lower end of the yoke portion of the lower radial stator, and the surface of the inner end of each radial stator pole is a concave spherical surface, and a radial control coil is wound on each radial stator pole lt is; and wherein a central cylinder is provided in the center of the rotor, and wherein an upper and lower end cylinder and a lower end cylinder are provided at the upper and lower ends, and one with the cylinder at the upper and lower ends of the central cylinder the upper end connected upper connecting body and a lower connecting body connected to the cylinder of the lower end are provided, and wherein the side walls of the cylinder of the upper and lower ends are each a convex spherical surface and each concave spherical surface at the inner end of the upper and lower radial stator pole longitudinally correspondingly facing the convex spherical surface of the cylinder of the upper and lower ends, and wherein there is an air gap between the concave spherical surface and the convex spherical surface, and wherein the spherical centers of the precisely facing concave spherical surface and convex spherical surface overlap; and wherein an axial stator is firmly nested outside the central cylinder, and wherein the axial stator is formed by a coaxially arranged disc-shaped upper axial stator and lower axial stator with the same structure, and wherein a disc-shaped one between the upper axial stator and the lower axial stator Magnetisolieraluminiumring is pressed overlapping, and wherein the inner cavities of the upper axial stator and lower axial stator and the magnetic insulating aluminum ring form a chamber of the axial stator, and wherein in the chamber of the axial stator is arranged an axial control coil closely contacting its inner wall, and wherein at the top of the Upper axial stator and the underside of the lower axial stator each have an annular permanent magnet pressed between the axial stator and the radial stator pole, and wherein is installed

CH 713 941 A2 der obere und untere ringförmige Permanentmagnet eine gleiche Struktur haben und jeweils axial magnetisiert sind, und wobei die Magnetisierungsrichtungen entgegengesetzt sind.CH 713 941 A2 the upper and lower ring-shaped permanent magnets have the same structure and are each axially magnetized, and the magnetization directions are opposite.

[0005] Im Vergleich zum Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung folgende Vorteile:In comparison with the prior art, the present invention has the following advantages:

[0006] 1. Für die gegenüberliegenden Flächen des Stators und des Rotors des Doppelkugelflächen-Mischmagnetlagers gemäss der vorliegenden Erfindung wird jeweils eine Kugelflächenstruktur verwendet, dadurch kann die axiale Grösse des Magnetlagers wirksam verringert werden; bei einer Ablenkung oder Verschiebung des Rotors des Magnetlagers wird die elektromagnetische Kraft zu dem Kugelmittelpunkt des Rotors gerichtet, um ein durch den Statormagnetpol auf den Rotor generiertes Störungsdrehmoment zu reduzieren und die Steuergenauigkeit des Magnetlagers zu verbessern. Die Kugelflächenstruktur des Stators und des Rotors kann weiterhin ein Auftreten des gyroskopischen Effekts beseitigen, und die Kugelflächenstruktur ist förderlich für die mehrdimensionale Bewegung und für ein Durchführen einer räumlichen Positionierung und Arbeit, darüber hinaus wird die Verteilung des Magnetfelds des Luftspalts mittels der Kugelflächenstruktur gleichmässiger und symmetrischer gemacht, was förderlich für die Steuerung und Analyse des Rotors ist.1. For the opposite surfaces of the stator and the rotor of the double-spherical mixed magnetic bearing according to the present invention, a spherical surface structure is used, thereby the axial size of the magnetic bearing can be effectively reduced; when the rotor of the magnetic bearing is deflected or displaced, the electromagnetic force is directed to the center of the ball of the rotor in order to reduce an interference torque generated by the stator magnetic pole on the rotor and to improve the control accuracy of the magnetic bearing. The spherical surface structure of the stator and the rotor can further eliminate the occurrence of the gyroscopic effect, and the spherical surface structure is conducive to multidimensional movement and for performing spatial positioning and work, in addition, the distribution of the magnetic field of the air gap by means of the spherical surface structure becomes more uniform and symmetrical made what is conducive to the control and analysis of the rotor.

[0007] 2. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Raum des radialen Stators des Magnetlagers vollständig verwendet, und die Permanentmagneten werden jeweils in der oberen Kammer des radialen Stators und der unteren Kammer des radialen Stators installiert, dadurch wird die axiale Grösse des Magnetlagers verringert und der gyroskopische Effekt des Rotors zur Grenze unterdrückt, darüber hinaus wird die Struktur kompakter.2. In the present invention, the space of the radial stator of the magnetic bearing is fully used, and the permanent magnets are installed in the upper chamber of the radial stator and the lower chamber of the radial stator, respectively, thereby reducing the axial size of the magnetic bearing and suppresses the gyroscopic effect of the rotor to the limit, moreover the structure becomes more compact.

[0008] 3. In Hinsicht auf die axialen Steuerung verwendet die vorliegende Erfindung eine Rotorstruktur ohne Schubscheibe, dadurch wird die Masse des Rotors verringert, darüber hinaus wird der Reibungs- und Luftwiderstandsverlust der Drehachse verringert, was förderlich für einen Hochdrehzahlbetrieb des Rotors, und die axiale Steuergenauigkeit wird verbessert.3. In terms of axial control, the present invention uses a rotor structure without a thrust washer, thereby reducing the mass of the rotor, further reducing the friction and drag loss of the axis of rotation, which is conducive to high-speed operation of the rotor, and the axial control accuracy is improved.

[0009] 4. Die axiale Spule gemäss der vorliegenden Erfindung hat einen grossen Raum, aufgrund dessen kann eine hohe axiale Tragfähigkeit realisiert werden.4. The axial coil according to the present invention has a large space, due to which a high axial load capacity can be realized.

[0010] 5. Die vorliegende Erfindung verwendet eine integrierte Struktur mit 5 Freiheitsgraden, dabei besteht ein hoher Integrationsgrad, um die Länge der Achse zu verkürzen, das Volumen der Schwungradbatterie zu verringern und das Material zu sparen.5. The present invention uses an integrated structure with 5 degrees of freedom, there is a high degree of integration to shorten the length of the axis, reduce the volume of the flywheel battery and save material.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG [0011]BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING [0011]

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht der inneren Struktur der vorliegenden Erfindung;1 shows a sectional view of the internal structure of the present invention;

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der vorliegenden Erfindung;Figure 2 shows a top view of the present invention;

Fig. 3 zeigt eine Ansicht der Teilstruktur eines radialen Stators gemäss Fig. 1 ;FIG. 3 shows a view of the partial structure of a radial stator according to FIG. 1;

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Rotorstruktur gemäss Fig. 1 ;FIG. 4 shows a perspective view of a rotor structure according to FIG. 1;

Fig. 5 zeigt eine Ansicht der Montagestruktur eines radialen Stators gemäss Fig. 3 und eines Rotors gemäss Fig.5 shows a view of the mounting structure of a radial stator according to FIG. 3 and a rotor according to FIG.

4;4;

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Strukturansicht eines axialen Stators gemäss Fig. 1;FIG. 6 shows a perspective structural view of an axial stator according to FIG. 1;

Fig. 7 zeigt eine Ansicht der Montagestruktur eines axialen Stators gemäss Fig. 6 und eines Rotors gemäss Fig. 4;FIG. 7 shows a view of the mounting structure of an axial stator according to FIG. 6 and a rotor according to FIG. 4;

Fig. 8 zeigt eine Vorderansicht der Montagestruktur eines radialen Stators, einer radialen Steuerspule, eines axialen Stators und eines ringförmigen Permanentmagneten gemäss Fig. 1;8 shows a front view of the mounting structure of a radial stator, a radial control coil, an axial stator and an annular permanent magnet according to FIG. 1;

Fig. 9 zeigt ein Prinzipdiagramm der statischen passiven Aufhängung der vorliegenden Erfindung.Fig. 9 shows a principle diagram of the static passive suspension of the present invention.

Fig. 10 zeigt ein Prinzipdiagramm der radialen Zwei-Freiheitsgrad-Ausgleichssteuerung der vorliegenden Erfindung;Fig. 10 shows a principle diagram of the radial two-degree of freedom compensation control of the present invention;

Fig. 11 zeigt ein Prinzipdiagramm der radialen rotierenden Zwei-Freiheitsgrad-Ausgleichssteuerung der vorliegenden Erfindung;Fig. 11 shows a principle diagram of the radial rotating two-degree of freedom compensation control of the present invention;

Fig. 12 zeigt ein Prinzipdiagramm der axialen Einzelfreiheitsgrad-Ausgleichssteuerung der vorliegenden Erfindung.Fig. 12 shows a principle diagram of the axial single degree of freedom compensation control of the present invention.

Bezugszeichenliste [0012]LIST OF REFERENCE SIGNS [0012]

Oberer radialer StatorUpper radial stator

Axialer StatorAxial stator

CH 713 941 A2CH 713 941 A2

6 6 Axiale Steuerspule Axial control coil 7 7 Rotor 8 Unterer radialer Stator Rotor 8 Lower radial stator 11, 12, 13 11, 12, 13 Oberer radialer Statorpol Upper radial stator pole 16 16 Kammer der radialen Statorpole Chamber of radial stator poles 17 17 Kammer des axialen Stators Chamber of the axial stator 21, 22, 23 21, 22, 23 Obere radiale Steuerspule Upper radial control coil 31 31 Oberer ringförmiger Permanentmagnet Upper ring-shaped permanent magnet 32 32 Unterer ringförmiger Permanentmagnet Lower ring-shaped permanent magnet 41 41 Oberer Magnetisolieraluminiumring Upper magnetic insulating aluminum ring 42 42 Magnetisolieraluminiumring Magnetisolieraluminiumring 43 43 Unterer Magnetisolieraluminiumring Lower magnetic insulating aluminum ring 51 51 Oberer axialer Stator Upper axial stator 52 52 Unterer axialer Stator Lower axial stator 53 53 Grosse Scheibe Big slice 54 54 Mittlerer Ringkörper Middle ring body 55 55 Kleine Scheibe Small disc 71 71 Zylinder des oberen Endes Top end cylinder 72 72 Oberer Verbindungskörper Upper connector body 73 73 Mittlerer Zylinder Middle cylinder 74 74 Unterer Verbindungskörper Lower connector body 75 75 Zylinder des unteren Endes Bottom end cylinder 81, 82, 83 81, 82, 83 Unterer radialer Statorpol Lower radial stator pole 91, 92, 93 91, 92, 93 Untere radiale Spule Lower radial coil 211 211 Obere konkave Kugelfläche Upper concave spherical surface 711 711 Obere konvexe Kugelfläche Upper convex spherical surface 751 751 Untere konvexe Kugelfläche Lower convex spherical surface 811 811 Untere konkave Kugelfläche Lower concave spherical surface

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG [0013] Siehe Fig. 1 und 2, ist in der Mitte der vorliegenden Erfindung ein Rotor 7 angeordnet, wobei ausserhalb des Rotors 7 ein axialer Stator 5 und ein radialer Stator koaxial aufgesetzt sind.DETAILED DESCRIPTION See Figs. 1 and 2, a rotor 7 is arranged in the middle of the present invention, an axial stator 5 and a radial stator being placed coaxially outside the rotor 7.

[0014] Der radiale Stator ist durch einen oberen radialen Stator 1 und einen unteren radialen Stator 8 ausgebildet, wobei der obere radiale Stator 1 und der untere radiale Stator 8 entlang der axialen Richtung des Rotors 7 koaxial angeordnet sind. Die Jochabschnitte des oberen radiales Stators 1 und des unteren radialen Stators 8 sind entlang der axialen Richtung des Rotors 7 koaxial an einer oberen und unteren Position angeordnet, wobei der obere und untere Jochabschnitt einteilig miteinander verbunden sind und einen Hohlzylinder ausbilden, und wobei bei dem Innenhohlraum des Hohlzylinders es sich um eine Kammer der radialen Statorpole 16 handelt.The radial stator is formed by an upper radial stator 1 and a lower radial stator 8, the upper radial stator 1 and the lower radial stator 8 being arranged coaxially along the axial direction of the rotor 7. The yoke portions of the upper radial stator 1 and the lower radial stator 8 are arranged coaxially at the upper and lower positions along the axial direction of the rotor 7, the upper and lower yoke portions being integrally connected to each other and forming a hollow cylinder, and wherein the inner cavity of the hollow cylinder is a chamber of the radial stator poles 16.

[0015] Die obere Endfläche des oberen radialen Stators 1 und die obere Endfläche des Rotors 7 sind bündig miteinander ausgerichtet, während die untere Endfläche des unteren radialen Stators 8 und die untere Endfläche des Rotors 7 bündig miteinander ausgerichtet sind.The upper end surface of the upper radial stator 1 and the upper end surface of the rotor 7 are flush with each other, while the lower end surface of the lower radial stator 8 and the lower end surface of the rotor 7 are flush with each other.

CH 713 941 A2 [0016] In der Kammer der radialen Statorpole 16 sind am oberen Ende des Jochabschnitts des oberen radialen Stators 1 und unteren Ende des Jochabschnitts des unteren radialen Stators 8 drei radiale Statorpole jeweils entlang der Umfangsrichtung gleichmässig angeordnet, welche jeweils 3 obere radiale Statorpole 11, 12,13 und drei untere radiale Statorpole 81,82, 83 sind, die Formen von den 3 oberen radialen Statorpolen 11, 12, 13 und den 3 unteren radialen Statorpole 81, 82, 83 sind völlig miteinander identisch, wobei die oberen und unteren Projektionen sich überlappen. Die obere Endfläche von den 3 oberen radialen Statorpolen 11, 12, 13 ist bündig mit der oberen Endfläche des Jochabschnitts des oberen radialen Stators 1 ausgerichtet, wobei die untere Endfläche von den 3 unteren radialen Statorpolen 81,82, 83 bündig mit der unteren Endfläche des Jochabschnitts des unteren radialen Stators 8 ausgerichtet ist. An jedem radialen Statorpol sind jeweils radiale Steuerspulen gewickelt, welche jeweils der oberen radialen Steuerspule 21,22, 23 und der unteren radialen Spule 91, 92, 93 entsprechen, wobei die 6 völlig miteinander identischen radialen Steuerspulen einander entsprechend an den oberen radialen Statorpolen 11, 12, 13 und den unteren radialen Statorpolen 81,82, 83 gewickelt sind.CH 713 941 A2 In the chamber of the radial stator poles 16, three radial stator poles are arranged uniformly along the circumferential direction at the upper end of the yoke section of the upper radial stator 1 and the lower end of the yoke section of the lower radial stator 8, each having 3 upper radial ones Stator poles 11, 12, 13 and three lower radial stator poles 81, 82, 83 are the shapes of the 3 upper radial stator poles 11, 12, 13 and the 3 lower radial stator poles 81, 82, 83 are completely identical to one another, the upper ones and lower projections overlap. The upper end surface of the 3 upper radial stator poles 11, 12, 13 is flush with the upper end surface of the yoke portion of the upper radial stator 1, the lower end surface of the 3 lower radial stator poles 81, 82, 83 flush with the lower end surface of the Yoke section of the lower radial stator 8 is aligned. Radial control coils are wound on each radial stator pole, which correspond to the upper radial control coil 21, 22, 23 and the lower radial coil 91, 92, 93, the 6 completely identical radial control coils corresponding to one another on the upper radial stator poles 11, 12, 13 and the lower radial stator poles 81, 82, 83 are wound.

[0017] Am inneren Ende von den drei oberen radialen Statorpolen 11,12,13 und den drei unteren radialen Statorpolen 81, 82, 83 ist jeweils ein Polschuh angeordnet, wobei die Oberfläche des Polschuhs als eine konkave Kugelfläche ausgebildet ist. Wie in Fig. 3 dargestellt, werden nur der obere radiale Statorpol 11 und der untere radiale Statorpol 81 beispielhaft erläutert:At the inner end of the three upper radial stator poles 11, 12, 13 and the three lower radial stator poles 81, 82, 83, a pole piece is arranged, the surface of the pole piece being designed as a concave spherical surface. As shown in FIG. 3, only the upper radial stator pole 11 and the lower radial stator pole 81 are explained by way of example:

[0018] Die Oberfläche des Polschuhs des oberen radialen Statorpols 11 wird als eine obere konkave Kugelfläche 111 verarbeitet, während die Oberfläche des Polschuhs des unteren radialen Statorpols 81 als eine untere konkave Kugelfläche 811 verarbeitet wird.The surface of the pole piece of the upper radial stator pole 11 is processed as an upper concave spherical surface 111, while the surface of the pole piece of the lower radial stator pole 81 is processed as a lower concave spherical surface 811.

[0019] Wie in Fig. 4 dargestellt, ist der Rotor 7 eine in der axialen Richtung längsverlaufend symmetrische Struktur, wobei in der Mitte ein mittlerer Zylinder 73 vorgesehen ist, und wobei am oberen und unteren Ende jeweils ein gleicher hohler Zylinder vorgesehen ist, die jeweils einen Zylinder des oberen Endes 71 und einen Zylinder des unteren Endes 75 darstellen. Am oberen und unteren Ende des mittleren Zylinders 73 sind jeweils ein mit dem Zylinder des oberen Endes 71 verbundener oberer Verbindungskörper 72 und ein mit dem Zylinder des unteren Endes 75 verbundener unterer Verbindungskörper 74 angeordnet. Die Seitenwände des Zylinders des oberen Endes 71 und des Zylinders des unteren Endes 75 sind in einer Struktur der konvexen Kugelfläche ausgebildet, wobei es sich bei der Seitenwand des Zylinders des oberen Endes 71 um eine obere konvexe Kugelfläche 711 und bei der Seitenwand des Zylinders des unteren Endes 75 um eine untere konvexe Kugelfläche 751 handelt. In der axialen Richtung vergrössert sich der Aussendurchmesser des gesamten Rotors 7 allmählich von der Mitte zu beiden Enden, wobei der Aussendurchmesser des mittleren Zylinders 73 kleiner als der Aussendurchmesser des oberen Verbindungskörpers 72 und des unteren Verbindungskörpers 74 ist, und wobei der Aussendurchmesser des oberen Verbindungskörpers 72 und des unteren Verbindungskörpers 74 gleich wie der Aussendurchmesser der oberen und unteren Endfläche des Zylinders des oberen Endes 71 und des Zylinders des unteren Endes 75 ist.As shown in Fig. 4, the rotor 7 is a longitudinally symmetrical structure in the axial direction, with a middle cylinder 73 being provided in the middle, and with the same hollow cylinder being provided at each of the upper and lower ends each represent a cylinder of the upper end 71 and a cylinder of the lower end 75. At the upper and lower ends of the middle cylinder 73, an upper connecting body 72 connected to the cylinder of the upper end 71 and a lower connecting body 74 connected to the cylinder of the lower end 75 are arranged. The side walls of the cylinder of the upper end 71 and the cylinder of the lower end 75 are formed in a structure of the convex spherical surface, the side wall of the cylinder of the upper end 71 being an upper convex spherical surface 711 and the side wall of the cylinder of the lower End 75 is a lower convex spherical surface 751. In the axial direction, the outer diameter of the entire rotor 7 gradually increases from the center to both ends, the outer diameter of the central cylinder 73 being smaller than the outer diameter of the upper connecting body 72 and the lower connecting body 74, and the outer diameter of the upper connecting body 72 and the lower connecting body 74 is the same as the outer diameter of the upper and lower end surfaces of the cylinder of the upper end 71 and the cylinder of the lower end 75.

[0020] Wie in Fig. 1 dargestellt, ist jede konkave Kugelfläche am inneren Ende der 3 oberen radialen Statorpole 11,12,13 und der 3 unteren radialen Statorpole 81, 82, 83 längsverlaufend in der radialen Richtung entsprechend genau der konvexen Kugelfläche des Zylinders des oberen Endes 71 und des Zylinders des unteren Endes 75 des Rotors 7 zugewandt, zwischen der konkaven Kugelfläche und der konvexen Kugelfläche ist ein radialer Luftspalt von 0,5 mm gehalten, und die konkave Kugelfläche und die konvexe Kugelfläche haben eine gleiche Dicke in der axialen Richtung. Wenn der Rotor 7 sich an einer Gleichgewichtsposition befindet, überlappen sich die Kugelmittelpunkte der oberen konvexen Kugelfläche des Rotors 7 und der konkaven Kugelfläche der oberen radialen Statorpole 11, 12, 13, während die Kugelmittelpunkte der unteren konvexen Kugelfläche 75 des Rotors 7 und der unteren radialen Statorpole 81, 82, 83 sich überlappen. In Fig. 5 erfolgt lediglich eine Erläuterung mit der Anordnungsstruktur des oberen radialen Statorpols 11 und des unteren radialen Statorpols 81 und des Rotors 7 als Beispiel: die obere konkave Kugelfläche 211 des oberen radialen Statorpols 11 passt in der radialen Richtung auf die obere konvexe Kugelfläche 711 des Rotors 7, und zwischen den beiden ist ein radialer Spalt von 0,5 mm gehalten; die untere konkave Kugelfläche 811 des unteren radialen Statorpols 81 passt in der radialen Richtung auf die untere konvexe Kugelfläche 751 des Rotors 7, und zwischen den beiden ist ein radialer Spalt von 0,5 mm gehalten.As shown in Fig. 1, each concave spherical surface at the inner end of the 3 upper radial stator poles 11, 12, 13 and the 3 lower radial stator poles 81, 82, 83 is longitudinal in the radial direction, corresponding exactly to the convex spherical surface of the cylinder facing the upper end 71 and the cylinder of the lower end 75 of the rotor 7, a radial air gap of 0.5 mm is maintained between the concave spherical surface and the convex spherical surface, and the concave spherical surface and the convex spherical surface have an equal thickness in the axial Direction. When the rotor 7 is in an equilibrium position, the spherical centers of the upper convex spherical surface of the rotor 7 and the concave spherical surface of the upper radial stator poles 11, 12, 13 overlap, while the spherical centers of the lower convex spherical surface 75 of the rotor 7 and the lower radial Stator poles 81, 82, 83 overlap. In Fig. 5 there is only an explanation with the arrangement structure of the upper radial stator pole 11 and the lower radial stator pole 81 and the rotor 7 as an example: the upper concave spherical surface 211 of the upper radial stator pole 11 fits in the radial direction on the upper convex spherical surface 711 the rotor 7, and between the two a radial gap of 0.5 mm is maintained; the lower concave spherical surface 811 of the lower radial stator pole 81 fits in the radial direction on the lower convex spherical surface 751 of the rotor 7, and a radial gap of 0.5 mm is held between the two.

[0021] Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ausserhalb des mittleren Zylinders 73 des Rotors 7 ein scheibenförmiger axialer Stator 5 in einer in der Kammer der radialen Statorpole 16 befindlichen Mitte befestigt, wobei der axiale Stator 5 in der axialen Richtung sich zwischen den oberen radialen Steuerspulen 21,22, 23 und den unteren radialen Spulen 91,92, 93 befindet und mit den radialen Steuerspulen nicht in Berührung kommt. Der axiale Stator 5 ist durch einen oberen axialen Stator 51 und einen unteren axialen Stator 52 ausbildet, wobei der obere axiale Stator 51 und der untere axiale Stator 52 eine gleiche Struktur haben, beides scheibenförmig ausgebildet sind und entlang der axialen Richtung des mittleren Zylinders 73 längsverlaufend koaxial angeordnet sind. Zwischen dem oberen axialen Stator 51 und dem unteren axialen Stator 52 ist ein scheibenförmiger Magnetisolieraluminiumring 42 fest überlappend gepresst, wobei ein Aussendurchmesser des oberen axialen Stators 51, des unteren axialen Stators 52 und des Magnetisolieraluminiumrings 42 jeweils gleich wie der Innendurchmesser der Kammer der radialen Statorpole 16 und jeweils an der Innenwand der Kammer der radialen Statorpole 16 fest angeschlossen ist. Die Innenhohlräume des oberen axialen Stators 51, des unteren axialen Stators 52 und des Magnetisolieraluminiumrings 42 bilden eine Kammer des axialen Stators 17 aus, wobei in der Kammer des axialen Stators 17 eine axiale Steuerspule 6 durch einen Spulenhalter koaxial befestigt ist, und wobei die axiale Steuerspule 6As shown in Fig. 1, outside the central cylinder 73 of the rotor 7, a disk-shaped axial stator 5 is fixed in a center located in the chamber of the radial stator poles 16, the axial stator 5 being located in the axial direction between the upper ones radial control coils 21, 22, 23 and the lower radial coils 91, 92, 93 is located and does not come into contact with the radial control coils. The axial stator 5 is formed by an upper axial stator 51 and a lower axial stator 52, the upper axial stator 51 and the lower axial stator 52 having the same structure, both of which are disc-shaped and running longitudinally along the axial direction of the central cylinder 73 are arranged coaxially. A disc-shaped magnetic insulating aluminum ring 42 is pressed between the upper axial stator 51 and the lower axial stator 52, with an outer diameter of the upper axial stator 51, the lower axial stator 52 and the magnetic insulating aluminum ring 42 each being the same as the inner diameter of the chamber of the radial stator poles 16 and is firmly connected to the inner wall of the chamber of the radial stator poles 16. The inner cavities of the upper axial stator 51, the lower axial stator 52 and the magnetic insulating aluminum ring 42 form a chamber of the axial stator 17, wherein in the chamber of the axial stator 17 an axial control coil 6 is coaxially fixed by a coil holder, and the axial control coil 6

CH 713 941 A2 die Innenwand der Kammer des axialen Stators 17 eng berührt und sie gemeinsam ausserhalb des mittleren Zylinders 73 aufgesetzt sind, und wobei zwischen ihnen und dem mittleren Zylinder 73 ein Spalt gehalten ist.CH 713 941 A2 closely touches the inner wall of the chamber of the axial stator 17 and they are jointly placed outside the central cylinder 73, and a gap is held between them and the central cylinder 73.

[0022] Wie in Fig. 6 und 1 dargestellt, sind der obere axiale Stator 51 und der untere axiale Stator 52 des axialen Stators 5 jeweils dadurch ausgebildet, dass eine grosse Scheibe 53, ein mittlerer Ringkörper 54 und eine kleine Scheibe 55 in der axialen Richtung hintereinander verbunden sind. Der Magnetisolieraluminiumring 42 ist zwischen der gleichen oberen und unteren grossen Scheibe 53 überlappend gepresst, wobei der Innendurchmesser und der Aussendurchmesser des Magnetisolieraluminiumrings 42 zugeordnet gleich wie der Innendurchmesser und der Aussendurchmesser der grossen Scheibe 53 sind. Eine Endfläche der grossen Scheibe 53 ist durch den mittleren Ringkörper 54 mit der kleinen Scheibe 55 verbunden, wobei der Innendurchmesser des mittlere Ringkörpers 54 gleich wie der Innendurchmesser der grossen Scheibe 53 ist, und wobei der Aussendurchmesser des mittleren Ringkörpers 54 gleich wie der Aussendurchmesser der kleinen Scheibe 55 aber viel kleiner als der Aussendurchmesser der grossen Scheibe 53 ist, und wobei der Innendurchmesser der kleinen Scheibe 55 kleiner als der Innendurchmesser der grossen Scheibe 53 ist, dadurch ist eine Treppenstufe zwischen der Aussenwand der kleinen Scheibe 55 und der Aussenwand der grossen Scheibe 53 ausgebildet, so dass ein axialer Spalt besteht. Der axiale Abstand der oberen Endfläche der kleinen Scheibe 55 des oberen axialen Stators 51 zu den oberen radialen Statorpolen 11,12,13 ist gleich wie der axiale Abstand der unteren Endfläche der kleinen Scheibe 55 des unteren axialen Stators 52 zu den unteren radialen Statorpolen. Die axiale Steuerspule 6 berührt eng die Innenwände der beiden mittleren Ringkörper 54 und der beiden grossen Scheiben 53, wobei im Inneren des Ringkörpers 54 ein axiales Steuermagnetfeld generiert werden kann, wenn die axiale Steuerspule 6 angeschaltet ist.As shown in Fig. 6 and 1, the upper axial stator 51 and the lower axial stator 52 of the axial stator 5 are each formed by a large disk 53, a central ring body 54 and a small disk 55 in the axial Direction are connected one behind the other. The magnetic insulating aluminum ring 42 is pressed overlapping between the same upper and lower large disk 53, the inner diameter and the outer diameter of the magnetic insulating aluminum ring 42 being assigned the same as the inner diameter and the outer diameter of the large disk 53. One end face of the large washer 53 is connected to the small washer 55 by the central ring body 54, the inner diameter of the central annular body 54 being the same as the inner diameter of the large washer 53, and the outer diameter of the central annular body 54 being the same as the outer diameter of the small ones Disk 55 is, however, much smaller than the outside diameter of the large disk 53, and the inside diameter of the small disk 55 is smaller than the inside diameter of the large disk 53, which means that there is a step between the outer wall of the small disk 55 and the outer wall of the large disk 53 formed so that there is an axial gap. The axial distance between the upper end face of the small disk 55 of the upper axial stator 51 and the upper radial stator poles 11, 12, 13 is the same as the axial distance between the lower end face of the small disk 55 of the lower axial stator 52 and the lower radial stator poles. The axial control coil 6 closely contacts the inner walls of the two middle ring bodies 54 and the two large disks 53, an axial control magnetic field being able to be generated in the interior of the ring body 54 when the axial control coil 6 is switched on.

[0023] Wie in Fig. 7 dargestellt, ist in der axialen Richtung ein axialer Luftspalt von 0,5 mm zwischen der oberen Endfläche der kleinen Scheibe 55 des oberen axialen Stators 51 und der unteren Endfläche des oberen Verbindungskörpers 72 des Rotors 7 gehalten, wenn der Rotor 7 sich an einer Gleichgewichtsposition befindet. Ein Innendurchmesser der kleinen Scheibe 55 des oberen axialen Stators 51 ist gleich wie ein Aussendurchmesser des oberen Verbindungskörpers 72 des Rotors 7. Ebenfalls ist in der axialen Richtung ein axialer Luftspalt von 0,5 mm zwischen der unteren Endfläche der kleinen Scheibe 55 des unteren axialen Stators 52 und der oberen Endfläche des unteren Verbindungskörpers 74 des Rotors 7 gehalten, wobei ein Innendurchmesser der kleinen Scheibe 55 des unteren axialen Stators 52 gleich wie ein Aussendurchmesser des unteren Verbindungskörpers 74 des Rotors 7 ist.As shown in Fig. 7, an axial air gap of 0.5 mm is held in the axial direction between the upper end surface of the small disk 55 of the upper axial stator 51 and the lower end surface of the upper connecting body 72 of the rotor 7 when the rotor 7 is in an equilibrium position. An inner diameter of the small disk 55 of the upper axial stator 51 is the same as an outer diameter of the upper connecting body 72 of the rotor 7. There is also an axial air gap of 0.5 mm in the axial direction between the lower end face of the small disk 55 of the lower axial stator 52 and the upper end surface of the lower connecting body 74 of the rotor 7, wherein an inner diameter of the small disk 55 of the lower axial stator 52 is the same as an outer diameter of the lower connecting body 74 of the rotor 7.

[0024] Wie in Fig. 8 und 1 dargestellt, ist an der Oberseite der grossen Scheibe 53 des oberen axialen Stators 51 und der Unterseite der grossen Scheibe 53 des unteren axialen Stators 52 jeweils ein ringförmiger Permanentmagnet installiert, nämlich jeweils ein oberer ringförmiger Permanentmagnet 31 und ein unterer ringförmiger Permanentmagnet 32, wobei der obere ringförmige Permanentmagnet 31 und der untere ringförmige Permanentmagnet 32 eine gleiche Struktur haben, und wobei sie jeweils aus einem Hochleistungs-Seltenerdmaterial - Neodym-Eisen-Bor - hergestellt sowie axial magnetisiert sind, und wobei der obere ringförmige Permanentmagnet 31 und der untere ringförmige Permanentmagnet 32 eine entgegengesetzte Magnetisierungsrichtung haben, und wobei die S-Pole des ri3ngförmigen Permanentmagneten einander gegenüberliegen. Der ringförmige Permanentmagnet ist eng zwischen dem axialen Stator 5 und dem radialen Statorpol überlappend gepresst, wobei der obere ringförmige Permanentmagnet 31 überlappend zwischen der grossen Scheibe 53 des oberen axialen Stators 51 und den oberen radialen Statorpolen 11, 12, 13 gepresst ist, und wobei der untere ringförmige Permanentmagnet 32 überlappend zwischen dem unteren axialen Stator 52 und den unteren radialen Statorpolen 81, 82, 83 gepresst ist. Ein Innendurchmesser des oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 und des unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 ist grösser als ein Aussendurchmesser der kleinen Scheibe 55, dadurch wird es sichergestellt, dass ein bestimmter radialer Spalt zwischen dem ringförmigen Permanentmagneten und dem mittleren Ringkörper 54 bzw. der kleinen Scheibe 55 des axialen Stators 5 gehalten wird, um es zu gewährleisten, dass der axiale Magnetkreis in dem axialen Stator 5 nicht durch den ringförmigen Permanentmagneten beeinflusst wird.As shown in FIGS. 8 and 1, an annular permanent magnet is installed on the upper side of the large disk 53 of the upper axial stator 51 and the underside of the large disk 53 of the lower axial stator 52, namely an upper annular permanent magnet 31 and a lower annular permanent magnet 32, the upper annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32 having the same structure, and each made of a high-performance rare earth material - neodymium-iron-boron - and axially magnetized, and wherein the upper annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32 have an opposite magnetization direction, and the S poles of the ring-shaped permanent magnet are opposite to each other. The annular permanent magnet is pressed tightly overlapping between the axial stator 5 and the radial stator pole, the upper annular permanent magnet 31 being pressed overlapping between the large disk 53 of the upper axial stator 51 and the upper radial stator poles 11, 12, 13, and wherein lower annular permanent magnet 32 is pressed overlapping between the lower axial stator 52 and the lower radial stator poles 81, 82, 83. An inner diameter of the upper annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32 is larger than an outer diameter of the small disk 55, this ensures that a certain radial gap between the annular permanent magnet and the central ring body 54 or the small disk 55 of the axial Stator 5 is held to ensure that the axial magnetic circuit in the axial stator 5 is not influenced by the annular permanent magnet.

[0025] Ausserhalb eines ringförmigen Permanentmagneten ist ein Magnetisolieraluminiumring aufgesetzt, welcher gleichzeitig an der Aussenwand des ringförmigen Permanentmagneten und der Innenwand einer Welle der Kammer des radialen Stators 16 fest verschachtelt ist. Ausserhalb des oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 ist ein oberer Magnetisolieraluminiumring 41 aufgesetzt, während ausserhalb des unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 ein unterer Magnetisolieraluminiumring 43 aufgesetzt ist, wobei der obere Magnetisolieraluminiumring 41 und der untere Magnetisolieraluminiumring 43 eine völlig gleiche Struktur haben, und wobei deren axiale Höhe gleich wie die des oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 und des unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 ist. Der obere Magnetisolieraluminiumring 41 und der untere Magnetisolieraluminiumring 43 sind zuerst durch eine Presspassung jeweils an der Aussenwand des oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 und des unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 aufgesetzt und dann durch Kaltpressschweissen mit der Innenwand der Welle der Kammer des radialen Stators 16 eng verbunden. Zwischen dem ringförmigen Permanentmagneten sowie dem Magnetisolieraluminiumring und den oberen radialen Steuerspulen 21, 22, 23 sowie den unteren radialen Spulen 91, 92, 93 besteht keine Berührung bzw. keine Interferenz.Outside an annular permanent magnet, a magnetic insulating aluminum ring is placed, which is nested at the same time on the outer wall of the annular permanent magnet and the inner wall of a shaft of the chamber of the radial stator 16. An upper magnetic insulating aluminum ring 41 is placed outside the upper annular permanent magnet 31, while a lower magnetic insulating aluminum ring 43 is placed outside the lower annular permanent magnet 32, the upper magnetic insulating aluminum ring 41 and the lower magnetic insulating aluminum ring 43 having a completely identical structure and their axial height being the same that of the upper annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32. The upper magnetic insulating aluminum ring 41 and the lower magnetic insulating aluminum ring 43 are first fitted to the outer wall of the upper annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32 by a press fit, respectively, and then tightly connected to the inner wall of the shaft of the chamber of the radial stator 16 by cold pressure welding. There is no contact or interference between the ring-shaped permanent magnet and the magnetic insulating aluminum ring and the upper radial control coils 21, 22, 23 and the lower radial coils 91, 92, 93.

[0026] In Betrieb der vorliegenden Erfindung können eine statische passive Aufhängung, ein radiales ZweifreiheitsgradGleichgewicht, ein radiales Torsions-Zweifreiheitsgrad-Gleichgewicht und ein axiales Einzelfreiheitsgrad-Gleichgewicht realisiert werden. Bezüglich der axialen Steuerung wird die axiale Steuerspule mit Gleichstrom angeschaltet, so dass sie mit dem axialen Stator einen Elektromagneten ausbilden, durch die Variierung und die Steuerung der Grösse und Richtung des Gleichstroms werden die Grösse und Richtung der Kraftwirkung auf den Rotor in der axialen Richtung geändert, um eine axiale Einzelfreiheitsgrad-Steuerung zu realisieren. Bezüglich der radialen Steuerung wird die an einer oberen und[0026] In operation of the present invention, static passive suspension, radial dual freedom equilibrium, radial torsional dual freedom equilibrium, and axial single freedom equilibrium can be realized. Regarding the axial control, the axial control coil is switched on with direct current, so that they form an electromagnet with the axial stator, by varying and controlling the size and direction of the direct current, the size and direction of the force acting on the rotor are changed in the axial direction to realize an axial single degree of freedom control. Regarding the radial control, the one on an upper and

CH 713 941 A2 unteren Gruppe von Dreimagnetpol-Radialkugelflächenstatoren angeordnete radiale Steuerspule mit Dreiphasenwechselstrom angeschaltet, durch eine Variierung der Grösse des Stroms der radialen Steuerspule wird eine genaue Vierfreizeitsgrad-Steuerung in der radialen Richtung realisiert. Details sind wie folgt:CH 713 941 A2 lower group of three magnetic pole radial spherical surface stators arranged radial control coil with three-phase alternating current switched on, by varying the size of the current of the radial control coil, an accurate four-time degree control in the radial direction is realized. Details are as follows:

[0027] Realisierung einer statischen passiven Aufhängung: siehe Fig. 9, ein durch den oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 und den unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 generierter Vorspannungsmagnetfluss sind wie punktierte Linie und Pfeil in Fig. 10 dargestellt, von dem N-Pol des oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 geht der durch den oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 generierte Vorspannungsmagnetfluss an dem oberen radialen Statorpol 11 und dann nacheinander an dem radialen Luftspalt, der oberen konvexen Kugelfläche 711 des Rotors 7, dem oberen Verbindungskörper 72 des Rotors 7, dem axialen Luftspalt und dem oberen axialen Stator 51 des axialen Stators 5 vorbei und tritt am Ende zu dem S-Pol des oberen Permanentmagneten 31 zurück. Analog dazu geht der durch den unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 generierte Vorspannungsmagnetfluss von dem N-Pol des unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 an dem unteren radialen Statorpol 81 und dann nacheinander an dem radialen Luftspalt, der unteren konvexen Kugelfläche 751 des Rotors 7, dem unteren Verbindungskörper 74 des Rotors 7, dem axialen Luftspalt und dem unteren axialen Stator 52 des axialen Stators 5 vorbei und tritt am Ende zu dem S-Pol des unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 zurück. Wenn der Rotor 7 sich an einer mittleren Gleichgewichtsposition befindet, überlappen sich die Mittelachse des Rotors 7 und die axiale Mittelachse des Magnetlagers, in der radialen Richtung sind die Luftspaltmagnetflüsse zwischen den konvexen Kugelflächen des Zylinders des oberen Endes 71 und des Zylinders des unteren Endes 75 des Rotors 7 und den konkaven Kugelflächen des oberen radialen Statorpols 11 und des unteren radialen Statorpols 81 völlig miteinander identisch, aufgrund dessen ist eine in der radialen Richtung auf den Rotor 7 ausgeübte elektromagnetische Kraft balanciert, um eine radiale stabile Aufhängung des Rotors 7 zu realisieren. In der axialen Richtung ist der axiale Luftspaltmagnetfluss zwischen dem oberen axialen Stator 51 und dem Rotor 7 völlig identisch mit dem axialen Luftspaltmagnetfluss zwischen dem unteren axialen Stator 52 und dem Rotor 7, und eine in der axialen Richtung auf den Rotor 7 ausgeübte elektromagnetische Kraft ist balanciert, aufgrund dessen wird eine axiale stabile Aufhängung des Rotors 7 realisiert.Realization of a static passive suspension: see Fig. 9, a bias magnetic flux generated by the upper annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32 are shown as dotted line and arrow in Fig. 10, from the N-pole of the upper annular permanent magnet 31, the bias magnetic flux generated by the upper annular permanent magnet 31 goes to the upper radial stator pole 11 and then successively to the radial air gap, the upper convex spherical surface 711 of the rotor 7, the upper connecting body 72 of the rotor 7, the axial air gap and the upper axial stator 51 of the axial stator 5 passes and at the end returns to the S pole of the upper permanent magnet 31. Analogously, the bias magnetic flux generated by the lower annular permanent magnet 32 goes from the N pole of the lower annular permanent magnet 32 to the lower radial stator pole 81 and then successively to the radial air gap, the lower convex spherical surface 751 of the rotor 7, the lower connecting body 74 of the Rotor 7, the axial air gap and the lower axial stator 52 of the axial stator 5 and at the end resigns to the S pole of the lower annular permanent magnet 32. When the rotor 7 is at an intermediate equilibrium position, the central axis of the rotor 7 and the axial central axis of the magnetic bearing overlap, in the radial direction the air gap magnetic fluxes between the convex spherical surfaces of the cylinder of the upper end 71 and the cylinder of the lower end 75 of the The rotor 7 and the concave spherical surfaces of the upper radial stator pole 11 and the lower radial stator pole 81 are completely identical to one another, as a result of which an electromagnetic force exerted on the rotor 7 in the radial direction is balanced in order to realize a radially stable suspension of the rotor 7. In the axial direction, the axial air gap magnetic flux between the upper axial stator 51 and the rotor 7 is completely identical to the axial air gap magnetic flux between the lower axial stator 52 and the rotor 7, and an electromagnetic force exerted on the rotor 7 in the axial direction is balanced , on the basis of this, an axially stable suspension of the rotor 7 is realized.

[0028] Realisierung eines radialen Zweifreiheitsgrad-Gleichgewichts: siehe Fig. 10, wenn der Rotor 7 beim radialen Zweifreiheitsgrad X, Y gestört wird und von der Gleichgewichtsposition abweicht, werden die oberen radialen Steuerspulen 21, 22, 23 und die unteren radialen Steuerspulen 91, 92, 93 angeschaltet, und der generierte Einzelmagnetfluss richtet sich in eine der Positionsabweichung abgewandte Richtung, dadurch wird eine entsprechende magnetische Aufhängungskraft der radialen Steuerung generiert, so dass der Rotor 7 zurück zur radialen Gleichgewichtsposition kehrt. Es wird angenommen, dass der Rotor 7 in der Vorwärtsrichtung der radialen Y-Achse gestört wird und von der Gleichgewichtsposition abweicht, werden die oberen radialen Steuerspulen 21, 22, 23 und die unteren radialen Steuerspulen 91, 92, 93 jeweils angeschaltet, der generierte Steuermagnetfluss ist wie fette durchgezogene Linien sowie Pfeile gemäss Fig. 10 dargestellt, der durch den oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 und den unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 generierte Vorspannungsmagnetfluss ist wie gestrichelte Linien sowie Pfeile gemäss Fig. 10 dargestellt, der durch das Innere der oberen radialen Statorpole 11,13 und der unteren radialen Statorpole 81,83 hindurchgehende Vorspannungsmagnetfluss und der Steuermagnetfluss haben einander abgewandte Richtungen, und der gesamte Magnetfluss wird geschwächt. Der Vorspannungsmagnetfluss und der Steuermagnetfluss in dem oberen radialen Statorpol 22 und dem unteren radialen Statorpol 82 haben eine gleiche Richtung, so dass der gesamte Magnetfluss verstärkt wird, somit wird der radiale Einzelmagnetfluss in der Rückwärtsrichtung der Y-Achse verstärkt, und die magnetischen Zugkräfte F1 und F2 in der Rückwärtsrichtung der Y-Achse wirken auf den Rotor 7, so dass er zur Gleichgewichtsposition zurückkehrt.Realization of a radial two-degree of freedom equilibrium: see FIG. 10, if the rotor 7 is disturbed at the radial two-degree of freedom X, Y and deviates from the equilibrium position, the upper radial control coils 21, 22, 23 and the lower radial control coils 91, 92, 93 is switched on, and the generated individual magnetic flux is directed in a direction facing away from the position deviation, a corresponding magnetic suspension force of the radial control is generated, so that the rotor 7 returns to the radial equilibrium position. It is assumed that the rotor 7 is disturbed in the forward direction of the radial Y-axis and deviates from the equilibrium position, the upper radial control coils 21, 22, 23 and the lower radial control coils 91, 92, 93 are each switched on, the generated control magnetic flux 10 is shown as bold solid lines and arrows according to FIG. 10, the bias magnetic flux generated by the upper ring-shaped permanent magnet 31 and the lower ring-shaped permanent magnet 32 is shown as dashed lines and arrows according to FIG. 10, which through the interior of the upper radial stator poles 11, 13 and the lower radial stator poles 81, 83 bias magnetic flux and the control magnetic flux have opposite directions, and the entire magnetic flux is weakened. The bias magnetic flux and the control magnetic flux in the upper radial stator pole 22 and the lower radial stator pole 82 have the same direction, so that the entire magnetic flux is increased, thus the radial single magnetic flux in the backward direction of the Y-axis is increased, and the magnetic tensile forces F1 and F2 in the backward direction of the Y axis act on the rotor 7 so that it returns to the equilibrium position.

[0029] Realisierung eines radialen Torions-Zweifreiheitsgrad-Gleichgewichts: siehe Fig. 11, wenn der Rotor 7 beim radialen Torsions-Zweifreiheitsgrad (θχ, Oy) gestört wird und von der Gleichgewichtsposition abweicht, werden die oberen radialen Steuerspulen 21,22, 23 und die unteren radialen Steuerspulen 91,92, 93 angeschaltet, und der generierte Einzelmagnetfluss richtet sich in eine der Positionsabweichung abgewandte Richtung, dadurch wird ein Drehmoment generiert, so dass der Rotor 7 zurück zur radialen Gleichgewichtsposition kehrt. Es wird angenommen, dass der Rotor 7 unter Störung eine Torsion in der Vorwärtsrichtung der Y-Achse hat, ist der Torsionswinkel Ox, der nach der Abschaltung der oberen radialen Steuerspulen 21, 22, 23 generierte Steuermagnetfluss ist wie fette durchgezogene Linien sowie Pfeile gemäss Fig. 11 dargestellt, der durch den oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 und den unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 generierte Vorspannungsmagnetfluss ist wie gestrichelte Linien sowie Pfeile gemäss Fig. 11 dargestellt. Es kann herausgefunden werden, dass der Vorspannungsmagnetfluss und der Steuermagnetfluss in den oberen radialen Statorpolen 21,23 einander abgewandte Richtungen haben und der gesamte Magnetfluss in den oberen radialen Statorpolen 21, 23 geschwächt wird, während der Vorspannungsmagnetfluss und der Steuermagnetfluss im radialen Statorpol des Oberteils 22 eine gleiche Richtung haben und der gesamte Magnetfluss verstärkt wird, und eine magnetische Zugkraft F1 in der Rückwärtsrichtung der Y-Achse wirkt auf den Rotor 7. Nach der Anschaltung der unteren radialen Steuerspulen 91,92, 93 haben der durch das Innere der unteren radialen Statorpole 81,83 hindurchgehende Vorspannungsmagnetfluss und Steuermagnetfluss eine identische Richtung, und der durch die unteren radialen Statorpole 81, 83 hindurchgehende gesamte Magnetfluss wird verstärkt, während der durch den unteren radialen Statorpol 82 hindurchgehende Vorspannungsmagnetfluss und Steuermagnetfluss einander abgewandte Richtungen haben, und der gesamte Magnetfluss wird geschwächt. Die magnetischen Zugkräfte F3, F4 der unteren radialen Statorpole 81,83 wirken auf den Rotor 7 und setzen eine magnetische Zugkraft F2 zusammen, welche sich in ein Vorwärtsrichtung der Y-Achse richtet, aufgrund dessen wird ein Wiederherstellungstorsionsmoment auf den Rotor 7 ausgeübt, so dass er zur Gleichgewichtsposition zurückkehrt.Realization of a radial torsion two degrees of freedom equilibrium: see FIG. 11, if the rotor 7 is disturbed at the radial torsion degree of freedom (θχ, Oy) and deviates from the equilibrium position, the upper radial control coils 21, 22, 23 and the lower radial control coils 91, 92, 93 are switched on, and the generated individual magnetic flux is directed in a direction away from the position deviation, thereby generating a torque so that the rotor 7 returns to the radial equilibrium position. It is assumed that the rotor 7 under torsion has a torsion in the forward direction of the Y axis, the torsion angle Ox, which is control magnetic flux generated after the upper radial control coils 21, 22, 23 are switched off, like bold solid lines and arrows according to FIG 11, the bias magnetic flux generated by the upper annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32 is shown as broken lines and arrows according to FIG. It can be found that the bias magnetic flux and the control magnetic flux in the upper radial stator poles 21, 23 have opposite directions and the total magnetic flux in the upper radial stator poles 21, 23 is weakened, while the bias magnetic flux and the control magnetic flux in the radial stator pole of the upper part 22 have the same direction and the entire magnetic flux is amplified, and a magnetic tensile force F1 in the backward direction of the Y-axis acts on the rotor 7. After the connection of the lower radial control coils 91, 92, 93 they have through the interior of the lower radial stator poles The bias magnetic flux and the control magnetic flux passing through 81, 83 have an identical direction, and the total magnetic flux passing through the lower radial stator poles 81, 83 is increased, while the bias magnetic flux and the control magnetic flux passing through the lower radial stator pole 82 have opposite directions n, and the entire magnetic flux is weakened. The magnetic tensile forces F3, F4 of the lower radial stator poles 81, 83 act on the rotor 7 and compose a magnetic tensile force F2, which is directed in a forward direction of the Y axis, due to which a restoring torsional moment is exerted on the rotor 7, so that he returns to the equilibrium position.

CH 713 941 A2 [0030] Realisierung einer axialen Einzelfreiheitsgrad-Aktivsteuerung: siehe Fig. 12, wird die axiale Steuerspule 6 mit Gleichstrom angeschaltet, wenn der Rotor 7 in der axialen Richtung eine Positionsabweichung hat, werden die Grösse und die Richtung des Stroms durch eine Variierung des Gleichstroms geändert, durch eine Variierung der Grösse des axialen Luftspaltmagnetflusses zwischen dem oberen axialen Stator 51 und dem Rotor 7 und des axialen Luftspaltmagnetflusses zwischen dem unteren axialen Stator 52 und dem Rotor 7 wird eine magnetische Zugkraft an dem axialen Luftspalt generiert, so dass der Rotor 7 zur axialen Bezugsgleichgewichtsposition zurückkehrt. Wenn der Rotor 7 z.B. nach oben abweicht, ist der axiale Steuermagnetfluss, der durch eine Ladung eines axialen Steuerstroms durch die axiale Steuerspule generiert wird, wie fette durchgezogene Linien und Pfeile gemäss Fig. 12 dargestellt, der durch den oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 und den unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 generierte Vorspannungsmagnetfluss ist wie punktierte Linien und Pfeile gemäss Fig. 12 dargestellt. Dabei kann es herausgefunden werden, dass die zwischen den oberen axialen Stator 51 und den Rotor 7 gehenden axialen Luftspaltmagnetflüsse einander abgewandte Richtungen haben, die zwischen den unteren axialen Stator 52 und den Rotor 7 gehenden axialen Luftspaltmagnetflüsse eine gleiche Richtung haben und der zusammengesetzte Luftspaltmagnetfluss zwischen dem oberen axialen Stator 51 und dem Rotor kleiner als der zusammengesetzte Luftspaltmagnetfluss zwischen dem unteren axialen Stator 52 und dem Rotor 7 ist. Somit richtet sich die auf den Rotor 7 ausgeübte zusammengesetzte elektromagnetische Kraft FZ nach unten, um den Rotor 7 an die axiale Gleichgewichtsposition zu ziehen, aufgrund dessen wird ein Freiheitsgrad in der axialen Richtung gesteuert.CH 713 941 A2 Realization of an axial single degree of freedom active control: see FIG. 12, the axial control coil 6 is switched on with direct current, if the rotor 7 has a positional deviation in the axial direction, the magnitude and the direction of the current are changed by a Varying the DC current is changed by varying the magnitude of the axial air gap magnetic flux between the upper axial stator 51 and the rotor 7 and the axial air gap magnetic flux between the lower axial stator 52 and the rotor 7, a magnetic tensile force is generated at the axial air gap, so that the Rotor 7 returns to the axial reference equilibrium position. If the rotor 7 e.g. deviates upward, the axial control magnetic flux generated by a charge of an axial control current through the axial control coil, such as bold solid lines and arrows shown in FIG. 12, is the bias magnetic flux generated by the upper annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32 is shown like dotted lines and arrows according to FIG. 12. It can be found that the axial air gap magnetic fluxes going between the upper axial stator 51 and the rotor 7 have opposite directions, the axial air gap magnetic fluxes going between the lower axial stator 52 and the rotor 7 have the same direction and the composite air gap magnetic flux between the upper axial stator 51 and the rotor is smaller than the composite air gap magnetic flux between the lower axial stator 52 and the rotor 7. Thus, the composite electromagnetic force FZ applied to the rotor 7 is directed downward to pull the rotor 7 to the axial equilibrium position, due to which a degree of freedom in the axial direction is controlled.

[0031] Mit dem vorstehenden Inhalt kann die vorliegende Erfindung realisiert werden. Andere Änderungen und Modifikationen, die durch den Fachmann auf diesem Gebiet ohne Abweichung vom Gedanken und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden, sollen als vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden.With the above content, the present invention can be realized. Other changes and modifications made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention are to be considered as being within the scope of the present invention.

Claims (9)

Patentansprücheclaims 1. AC/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie, wobei ausserhalb des Rotors ein axialer Stator (5) und ein radialer Stator koaxial aufgesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Stator dadurch ausgebildet ist, dass ein oberer radialer Stator (1) und ein unterer radialer Stator (8), deren Jochabschnitte einteilig miteinander verbunden sind, koaxial angeordnet sind, wobei der obere und untere Jochabschnitt eine Kammer der radialen Statorpole (16) ausbilden, und wobei an dem oberen Ende des Jochabschnitts des oberen radialen Stators (1) und dem unteren Ende des Jochabschnitts des unteren radialen Stators (8) jeweils 3 radiale Statorpole entlang der Umfangsrichtung gleichmässig angeordnet sind, und wobei die Oberfläche des inneren Endes von jedem radialem Statorpol jeweils eine konkave Kugelfläche ist, und wobei an jedem radialen Statorpol eine radiale Steuerspule gewickelt ist; und wobei in der Mitte des Rotors (7) ein mittlerer Zylinder (73) vorgesehen ist, und wobei am oberen und unteren Ende jeweils ein gleicher Zylinder des oberen Endes (71) und Zylinder des unteren Endes (75) vorgesehen sind, und wobei am oberen und unteren Ende des mittleren Zylinders (73) jeweils ein mit dem Zylinder des oberen Endes (71) verbundener oberer Verbindungskörper (72) und ein mit dem Zylinder des unteren Endes (75) verbundener unterer Verbindungskörper (74) vorgesehen sind, und wobei die Seitenwände des Zylinders des oberen und unteren Endes (71,75) jeweils eine konvexe Kugelfläche sind; und wobei jede konkave Kugelfläche am inneren Ende des oberen und unteren radialen Statorpols längsverlaufend entsprechend genau der konvexen Kugelfläche des Zylinders des oberen und unteren Endes(71, 75) ist, und wobei zwischen der konkaven Kugelfläche und der konvexe Kugelfläche ein Luftspalt besteht, und wobei die Kugelmittelpunkte der genau einander zugewandten konkaven Kugelfläche und konvexen Kugelfläche sich überlappen; und wobei ausserhalb des mittleren Zylinders (73) ein axialer Stator (5) fest verschachtelt ist, und wobei der axiale Stator (5) durch einen koaxial angeordneten scheibenförmigen oberen axialen Stator und unteren axialen Stator (51, 52) mit gleicher Struktur ausgebildet ist, und wobei zwischen dem oberen axialen Stator und dem unteren axialen Stator (51, 52) ein scheibenförmiger Magnetisolieraluminiumring (42) überlappend gepresst ist, und wobei die Innenhohlräume des oberen axialen Stators und unteren axialen Stators (51,52) und des Magnetisolieraluminiumrings (42) eine Kammer des axialen Stators (17) ausbilden, und wobei in der Kammer des axialen Stators (17) eine ihre Innenwand eng berührende axiale Steuerspule (6) angeordnet ist; und wobei an der Oberseite des oberen axialen Stators (51) und der Unterseite des unteren axialen Stators (52) jeweils ein zwischen dem axialen Stator (5) und dem radialen Statorpol eng überlappend gepresster ringförmiger Permanentmagnet installiert ist, und wobei der obere und untere ringförmige Permanentmagnet eine gleiche Struktur haben und jeweils axial magnetisiert sind, und wobei die Magnetisierungsrichtungen entgegengesetzt sind.1. AC / DC double spherical surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery, an axial stator (5) and a radial stator being placed coaxially outside of the rotor, characterized in that the radial stator is formed in that an upper radial stator (1) and a lower radial stator (8), the yoke sections of which are integrally connected to one another, are arranged coaxially, the upper and lower yoke sections forming a chamber of the radial stator poles (16), and at the upper end of the yoke section of the upper radial one Stator (1) and the lower end of the yoke portion of the lower radial stator (8) are each arranged 3 radial stator poles uniformly along the circumferential direction, and wherein the surface of the inner end of each radial stator pole is a concave spherical surface, and at each radial Stator pole is wound a radial control coil; and wherein in the middle of the rotor (7) a middle cylinder (73) is provided, and wherein at the upper and lower ends there are the same cylinder of the upper end (71) and cylinder of the lower end (75), respectively, and The upper and lower ends of the middle cylinder (73) each have an upper connecting body (72) connected to the cylinder of the upper end (71) and a lower connecting body (74) connected to the lower end cylinder (75), and wherein the Side walls of the cylinder of the upper and lower ends (71, 75) are each a convex spherical surface; and wherein each concave spherical surface at the inner end of the upper and lower radial stator poles is longitudinally corresponding exactly to the convex spherical surface of the cylinder of the upper and lower end (71, 75), and wherein there is an air gap between the concave spherical surface and the convex spherical surface, and wherein the centers of the spheres of the concave spherical surface and the convex spherical surface facing each other overlap; and an axial stator (5) is firmly nested outside the central cylinder (73), and the axial stator (5) is formed by a coaxially arranged disc-shaped upper axial stator and lower axial stator (51, 52) with the same structure, and wherein a disc-shaped magnetic insulating aluminum ring (42) is pressed overlapping between the upper axial stator and the lower axial stator (51, 52), and wherein the inner cavities of the upper axial stator and lower axial stator (51,52) and the magnetic insulating aluminum ring (42) form a chamber of the axial stator (17), and in the chamber of the axial stator (17) an axial control coil (6) closely contacting its inner wall is arranged; and an annular permanent magnet pressed tightly overlapping between the axial stator (5) and the radial stator pole is installed on the upper side of the upper axial stator (51) and the lower side of the lower axial stator (52), and wherein the upper and lower annular ones Permanent magnet have the same structure and are axially magnetized, and the magnetization directions are opposite. 2. AC/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Permanentmagnet einen Vorspannungsmagnetfluss generiert und den Rotor (7) zur statischen passiven Aufhängung steuert; wobei die axiale Steuerspule mit Gleichstrom angeschaltet, um einen axialen Freiheitsgrad des Rotors (7) zu steuern; und wobei die radiale Steuerspule mit Wechselstrom angeschaltet, um vier radiale Freiheitsgrade des Rotors (7) zu steuern.2. AC / DC double spherical surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery according to claim 1, characterized in that the annular permanent magnet generates a bias magnetic flux and controls the rotor (7) for static passive suspension; wherein the axial control coil is turned on with direct current to control an axial degree of freedom of the rotor (7); and wherein the radial control coil is energized to control four radial degrees of freedom of the rotor (7). 3. AC/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aussendurchmesser des oberen axialen Stators (51), des unteren axialen Stators (52) und des Magnetisolieraluminiumrings (42) jeweils gleich wie der Innendurchmesser der Kammer der radialen Statorpole (16) und jeweils an der Innenwand der Kammerder radialen Statorpole (16) fest angeschlossen ist.3. AC / DC double spherical surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery according to claim 1, characterized in that an outer diameter of the upper axial stator (51), the lower axial stator (52) and the magnetic insulating aluminum ring (42) are the same as each Inner diameter of the chamber of the radial stator poles (16) and in each case on the inner wall of the chamber of the radial stator poles (16) is firmly connected. CH 713 941 A2CH 713 941 A2 4. AC/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der obere und untere axiale Stator (51,52) jeweils dadurch ausgebildet sind, dass eine grosse Scheibe (53), ein mittlerer Ringkörper (54) und eine kleine Scheibe (55) in der axialen Richtung hintereinander verbunden sind, wobei der Magnetisolieraluminiumring (42) zwischen der gleichen oberen und unteren grossen Scheibe (53) überlappend gepresst ist, und wobei der Innendurchmesser und der Aussendurchmesser des Magnetisolieraluminiumrings (42) zugeordnet gleich wie der Innendurchmesser und der Aussendurchmesser der grossen Scheibe (53) sind.4. AC / DC double spherical surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery according to claim 1, characterized in that the upper and lower axial stator (51,52) are each formed in that a large disk (53), a central ring body (54) and a small washer (55) are connected one behind the other in the axial direction, the magnetic insulating aluminum ring (42) being pressed overlapping between the same upper and lower large washer (53), and the inner diameter and the outer diameter of the magnetic insulating aluminum ring (42 ) assigned the same as the inside diameter and the outside diameter of the large disk (53). 5. AC/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des mittlere Ringkörpers (54) gleich wie der Innendurchmesser der grossen Scheibe (53) ist, wobei der Aussendurchmesser des mittleren Ringkörpers (54) gleich wie der Aussendurchmesser der kleinen Scheibe (55) aber viel kleiner als der Aussendurchmesser der grossen Scheibe (53) ist, und wobei der Innendurchmesser der kleinen Scheibe (55) kleiner als der Innendurchmesser der grossen Scheibe (53) ist.5. AC / DC double spherical surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery according to claim 4, characterized in that the inside diameter of the middle ring body (54) is the same as the inside diameter of the large disk (53), the outside diameter of the middle ring body ( 54) is the same as the outside diameter of the small disk (55) but much smaller than the outside diameter of the large disk (53), and the inside diameter of the small disk (55) is smaller than the inside diameter of the large disk (53). 6. AC/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser des mittleren Zylinders (73) kleiner als der Aussendurchmesser des oberen Verbindungskörpers (72) und des unteren Verbindungskörpers (74) ist, wobei der Aussendurchmesser des oberen Verbindungskörpers (72) und des unteren Verbindungskörpers (74) gleich wie der Aussendurchmesser der oberen und unteren Endfläche des Zylinders des oberen Endes (71) und des Zylinders des unteren Endes (75) ist.6. AC / DC double spherical surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the central cylinder (73) is smaller than the outer diameter of the upper connecting body (72) and the lower connecting body (74), wherein the outer diameter of the upper connecting body (72) and the lower connecting body (74) is the same as the outer diameter of the upper and lower end surfaces of the cylinder of the upper end (71) and the cylinder of the lower end (75). 7. AC/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die konkave Kugelfläche und die konvexe Kugelfläche in der axialen Richtung eine gleiche Dicke haben, wobei die obere Endfläche von den 3 oberen radialen Statorpolen bündig mit der oberen Endfläche des Jochabschnitts des oberen radialen Stators (1) ausgerichtet ist, und wobei die untere Endfläche von den 3 unteren radialen Statorpolen bündig mit der unteren Endfläche des Jochabschnitts des unteren radialen Stators (8) ausgerichtet ist.7. AC / DC double spherical surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery according to claim 1, characterized in that the concave spherical surface and the convex spherical surface have the same thickness in the axial direction, the upper end surface of the 3 upper radial stator poles being flush is aligned with the upper end surface of the yoke portion of the upper radial stator (1), and the lower end surface of the 3 lower radial stator poles is aligned with the lower end surface of the yoke portion of the lower radial stator (8). 8. AC/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Endfläche des oberen radialen Stators (1) und die obere Endfläche des Rotors (7) bündig miteinander ausgerichtet sind, während die untere Endfläche des unteren radialen Stators (8) und die untere Endfläche des Rotors (7) bündig miteinander ausgerichtet sind.8. AC / DC double spherical surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery according to claim 1, characterized in that the upper end surface of the upper radial stator (1) and the upper end surface of the rotor (7) are flush with each other, while the lower End face of the lower radial stator (8) and the lower end face of the rotor (7) are aligned flush with each other. 9. AC/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit 5 Freiheitsgraden für eine Fahrzeugsschwungradbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausserhalb eines ringförmigen Permanentmagneten ein Magnetisolieraluminiumring aufgesetzt ist, welcher gleichzeitig an der Aussenwand des ringförmigen Permanentmagneten und der Innenwand einer Welle der Kammer des radialen Stators (16) fest verschachtelt ist.9. AC / DC double spherical surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery according to claim 1, characterized in that outside an annular permanent magnet, a magnetic insulating aluminum ring is placed, which is simultaneously on the outer wall of the annular permanent magnet and the inner wall of a shaft of the chamber of the radial stator (16) is nested tightly. CH 713 941 A2CH 713 941 A2 Zeichnungen:Drawings:
CH00973/18A 2017-07-27 2017-08-28 AC / DC dual ball surface mixed magnetic bearing with five degrees of freedom for a vehicle flywheel battery. CH713941B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710623197.8A CN107327483B (en) 2017-07-27 2017-07-27 A kind of vehicle-mounted flying wheel battery double spherical surface hybrid magnetic bearings of alternating current-direct current five degree of freedom
PCT/CN2017/099222 WO2019019243A1 (en) 2017-07-27 2017-08-28 Alternating-current and direct-current five-degree-of-freedom hybrid magnetic bearing having dual spherical surfaces for vehicle-mounted flywheel battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CH713941A2 true CH713941A2 (en) 2019-01-31
CH713941B1 CH713941B1 (en) 2019-04-30

Family

ID=60227865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CH00973/18A CH713941B1 (en) 2017-07-27 2017-08-28 AC / DC dual ball surface mixed magnetic bearing with five degrees of freedom for a vehicle flywheel battery.

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN107327483B (en)
CH (1) CH713941B1 (en)
WO (1) WO2019019243A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3450782B1 (en) * 2017-09-05 2019-11-06 Lakeview Innovation Ltd. Active radial magnetic bearing with a yoke coil
CN109340259B (en) * 2018-12-02 2023-10-27 迈格钠磁动力股份有限公司 Permanent magnet suspension bearing capable of bearing radial and axial loads
CN110112860B (en) * 2019-04-22 2020-11-03 江苏大学 Five-freedom-degree single-side suspension supporting type disc ball flywheel integrated vehicle-mounted energy storage device
CN110190706B (en) * 2019-05-17 2021-02-12 江苏大学 Flywheel battery structure for H-shaped electric automobile
CN111022498B (en) * 2019-12-31 2023-09-29 淮阴工学院 Radial winding-free hybrid magnetic bearing

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6359357B1 (en) * 2000-08-18 2002-03-19 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Combination radial and thrust magnetic bearing
JP4200775B2 (en) * 2003-01-30 2008-12-24 株式会社ジェイテクト Flywheel power storage device
JP4616122B2 (en) * 2005-08-22 2011-01-19 株式会社イワキ Magnetic bearing
CN100455832C (en) * 2007-06-25 2009-01-28 江苏大学 Three phase hybrid magnetic bearing of three-freedom and two-slices
CN101709746A (en) * 2009-12-22 2010-05-19 上海大学 Five-freedom-degree permanent-magnet suspension bearing rotor system
GB2491825A (en) * 2011-06-10 2012-12-19 William Brian Turner A permanent magnet combined journal and thrust bearing for a large shaft
CN102359490B (en) * 2011-08-31 2013-03-20 北京航空航天大学 Five-freedom radial decoupling conical magnetic bearing
WO2014074891A1 (en) * 2012-11-08 2014-05-15 Waukesha Bearings Corporation Hybrid bearing
CN103047348B (en) * 2012-12-19 2015-02-11 哈尔滨工业大学 Magnetic suspension vibration isolator with coplanar air floatation orthogonal decoupling function and angular decoupling function by aid of sliding joint bearing
CN104389903B (en) * 2014-11-15 2016-11-02 北京石油化工学院 A kind of dual permanent-magnet external rotor permanent magnet biases ball face radial direction magnetic bearing
CN104533949B (en) * 2015-01-21 2017-02-01 北京石油化工学院 Internal rotor spherical radial pure electromagnetic bearing
CN105156475B (en) * 2015-09-12 2018-09-28 北京科技大学 A kind of rotation modulation radial spherical permanent magnet biased magnetic bearing
CN105782242A (en) * 2016-05-20 2016-07-20 国网冀北电力有限公司承德供电公司 Flywheel energy storage system and five-degree-of-freedom magnetic suspension supporting structure
CN106015331B (en) * 2016-06-08 2019-05-21 淮阴工学院 A kind of low power consumption permanent magnet biased five degree of freedom integrated magnetic bearing
CN105840654B (en) * 2016-06-08 2019-05-24 淮阴工学院 A kind of permanent magnet bias single-degree-of-freedom axial magnetic bearing

Also Published As

Publication number Publication date
CN107327483A (en) 2017-11-07
CN107327483B (en) 2019-02-05
CH713941B1 (en) 2019-04-30
WO2019019243A1 (en) 2019-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CH713941A2 (en) AC / DC double ball surface mixed magnetic bearing with 5 degrees of freedom for a vehicle flywheel battery.
EP0743471B1 (en) Active vibration damper
EP3158629B1 (en) Linear actuator, hydraulic bearing, and motor vehicle with such a hydraulic bearing or linear actuator
EP1899106B1 (en) Pivot bearing device, particularly for a rotating circular table of a machine tool
DE69833067T2 (en) Damping device and turbomolecular pump with damping device
WO2016023628A1 (en) Magnetic damper for vibration absorbers
DE102013101671B4 (en) Adaptive torsional vibration damper with an annular absorber mass elastically mounted on leaf springs on a hub
EP2886830A1 (en) System with a reciprocating-piston engine
EP1313951A1 (en) Vacuum pump
EP0127741A1 (en) Suspension system for a motor vehicle
DE1538801C3 (en) Electric motor with a nutation movement between rotor and stator. Eliminated in: 1788145
DE102020104857A1 (en) Drive arrangement for an electric drive axle
EP2954541A1 (en) Linear actuator
WO2003087581A1 (en) Exhaust gas turbocharger
DE102011080796B4 (en) Axially load bearing arrangement
WO2017194352A1 (en) Electrical machine having a double rotor arrangement
DE102007019667B4 (en) bearing device
EP3397423B1 (en) Damping of vibrations of a machine tool
DE112014004750T5 (en) camp
DE102016211246A1 (en) Electric machine and method of manufacturing the electric machine
CH713990B1 (en) Vehicle flywheel battery with a 5-degree hybrid magnetic bearing.
DE60102752T2 (en) Spindle motor for plate drive
DE2337696B2 (en) Magnetic device, especially for a flywheel
EP3583615A1 (en) Electromagnetic linear actuator
EP3261224A2 (en) Electric machine with a rotor and method for producing the electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
PFUS Merger

Owner name: JIANGSU UNIVERSITY, CN

Free format text: FORMER OWNER: JIANGSU UNIVERSITY, CN