CH713941B1 - AC / DC dual ball surface mixed magnetic bearing with five degrees of freedom for a vehicle flywheel battery. - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart ein AC-/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit fünf Freiheitsgraden für eine Fahrzeugschwungradbatterie, wobei der radiale Stator (1, 8) dadurch ausgebildet ist, dass ein oberer radialer Stator (1) und ein unterer radialer Stator (8), deren Jochabschnitte einteilig miteinander verbunden sind, koaxial angeordnet sind, 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 drei radiale Statorpole (11, 12, 13, 81, 82, 83) entlang der Umfangsrichtung gleichmässig angeordnet sind, und wobei die Oberfläche des inneren Endes von jedem radialem Statorpol (11, 12, 13, 81, 82, 83) jeweils eine konkave Kugelfläche (211, 811) ist, 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 (711, 751) sind; und wobei jede konkave Kugelfläche (211, 811) längsverlaufend entsprechend genau der konvexen Kugelfläche (711, 751) zugewandt ist, und wobei ausserhalb des mittleren Zylinders (73) 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 oberer, bzw. unterer ringförmiger Permanentmagnet (31, 32) installiert ist. Für die gegenüberliegenden Flächen des Stators (1, 8) 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 five degree of freedom AC / DC dual ball surface mixed magnetic bearing for a vehicle flywheel battery, wherein the radial stator (1, 8) is formed by having an upper radial stator (1) and a lower radial stator (8), whose yoke portions are integrally connected to each other, are arranged coaxially, and wherein at the upper end of the yoke portion of the upper radial stator (1) and the lower end of the yoke portion of the lower radial stator (8) each have three radial stator poles (11, 12, 13, 81, 82, 83) are arranged uniformly along the circumferential direction, and wherein the surface of the inner end of each radial stator pole (11, 12, 13, 81, 82, 83) is a concave spherical surface (211, 811), respectively at the upper and lower end of the middle cylinder (73), one upper connecting body (72) connected to the cylinder of the upper end (71) and one connected to the cylinder of the lower end (75); a second connecting body (74) are provided, and wherein the side walls of the cylinder of the upper and lower ends (71, 75) are each a convex spherical surface (711, 751); and wherein each concave spherical surface (211, 811) longitudinally corresponding to exactly the convex spherical surface (711, 751) faces, and outside of the middle cylinder (73) of the axial stator (5) is interleaved, and wherein at the top of the upper axial Stators (51) and the underside of the lower axial stator (52) are each an upper, and lower annular permanent magnet (31, 32) is installed. For the opposite surfaces of the stator (1, 8) and the rotor (7), a spherical surface structure is used in each case. 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 magnetisches Aufhängungslager ohne nichtmechanischen Kontakt, insbesondere ein AC7DC-Fünffreiheitsgrad-Mischmagnetlager, welche sich zur magnetischen Aufhängungsstützung einer Fahrzeugschwungradbatterie für Elektrofahrzeuge eignet.Technical Field The present invention relates to a non-mechanical contact type magnetic suspension bearing, and more particularly to an AC7DC five-speed 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 magnetischen Aufhängungsstützung und der Rotationsträgheit des Schwungrades realisiert die Fahrzeugschwungradbatterie 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-Misch-magnetlager 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 Abbiegen usw. eines Fahrzeugs wird bei der Fahrzeugschwungradbatterie bewirkt, dass in der Beschränkungsrichtung ein sehr hohes gyroskopisches Moment auf die Schwungradwelle ausgeübt wird, sodass 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 wird auch der Reibungs- und Luftwiderstandsverlust der Drehachse erhöht; darüber hinaus wird die Schubscheibe die lineare Umfangsgeschwindigkeit des Rotors erhöhen, dadurch wird die maximale Drehzahl des Rotors beschränkt.Background Art At present, the performance of the vehicle battery is a major problem that restricts the development of electric vehicles. Using the flywheel's magnetic suspension support and flywheel inertia, the vehicle flywheel battery realizes energy storage and has good charging efficiency, high specific power, small mass, no fouling and long life, and other benefits. The existing flywheel batteries typically use a solenoid permanent magnet mixed magnetic bearing as support for the flywheel rotor to realize a five-speed suspension in the radial and axial directions. The stator of the mixed magnetic bearing is formed as a cylindrical structure, and the associated rotor is also formed cylindrical. Although the magnetic bearing of the structure can ensure stable flywheel battery suspension operation, a gyroscopic effect is inevitably caused when the flywheel battery is disturbed by the outside environment. When a vehicle is started, stopped suddenly, and so on, the vehicle flywheel battery is caused to exert a very high gyroscopic moment 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 this the currently existing magnetic bearing structure very difficult to avoid the occurrence of a gyroscopic effect. In addition, in the present existing magnetic bearings, the design of the axial drive usually realized in that on the rotor a thrust washer is additionally installed, with the design not only the mass of the rotor is increased, but when running the flywheel battery at a high speed is also the Increased friction and air resistance loss of the axis of rotation; 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-/DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit fünf Freiheitsgraden für eine Fahrzeugschwungradbatterie mit einer kompakten Struktur, einem kleinen Volumen, einer kleinen Masse und einer Fähigkeit zum Hemmen des gyroskopischen Effekts zur Verfügung zu stellen.It is an object of the present invention to provide a five degree of freedom AC / DC double-spherical surface mixed magnetic bearing for the problems of existing flywheel batteries having an increased mass of the rotor and a susceptibility to the occurrence of a gyroscopic effect to provide a vehicle flywheel battery having a compact structure, a small volume, a small mass, and a gyroscopic effect inhibiting ability.
[0004] Ein AC7DC-Doppelkugelflächen-Mischmagnetlager mit fünf Freiheitsgraden für eine Fahrzeugschwungradbatterie gemäss der vorliegenden Erfindung wird durch die technische Lösung gemäss Anspruch 1 realisiert: ausserhalb eines Rotors sind ein axialer Stator und ein radialer Stator koaxial aufgesetzt, wobei der radiale Stator einen oberen radialen Stator mit einem oberen Jochabschnitt und einen unteren radialen Stator mit einem unteren Jochabschnitt umfasst und dadurch ausgebildet ist, dass der obere radialer Stator und der untere radialer Stator, deren obere und untere Jochabschnitte einteilig miteinander verbunden sind, koaxial angeordnet sind, wobei der obere und untere Jochabschnitt eine erste Kammer ausbilden, und wobei an dem oberen Ende des oberen Jochabschnitts des oberen radialen Stators und dem unteren Ende des unteren Jochabschnitts des unteren radialen Stators jeweils drei radiale Statorpole entlang der Umfangsrichtung gleichmässig angeordnet sind, wobei die Oberfläche des inneren Endes von jedem radialen Statorpol jeweils eine konkave Kugelfläche ist, wobei an jedem radialen Statorpol eine radiale Steuerspule gewickelt ist, wobei in der Mitte des Rotors ein mittlerer Zylinder vorgesehen ist, wobei am oberen und unteren Ende des mittleren Zylinders jeweils ein gleicher Zylinder des oberen Endes und Zylinder des unteren Endes vorgesehen sind, 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, wobei die Seitenwände des Zylinders des oberen und unteren Endes jeweils eine konvexe Kugelfläche sind, 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, wobei zwischen der konkaven Kugelfläche und der konvexen Kugelfläche ein Luftspalt besteht, wobei die Kugelmittelpunkte der genau einander zugewandten konkaven Kugelfläche und konvexen Kugelfläche sich überlappen, wobei ausserhalb des mittleren Zylinders der axiale Stator fest verschachtelt ist, wobei der axiale Stator durch einen koaxial angeordneten scheibenförmigen oberen axialen Stator und unteren axialen Stator mit gleicher mechanischer Struktur ausgebildet ist, wobei zwischen dem oberen axialen Stator und dem unteren axialen Stator ein scheibenförmiger Magnetisolieraluminiumring überlappend gepresst ist, wobei eine Innenhohlräume des oberen axialen Stators und unteren axialen Stators und des scheibenförmigen Magnetisolieraluminiumrings eine zweite Kammer ausbilden, und wobei in der zweiten Kammer eine ihre Innenwand berührende axiale Steuerspule angeordnet ist, 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 überlappend gepresster oberer, bzw. unterer ringförmiger Permanentma gnet installiert ist, wobei der obere und untere ringförmige Permanentmagnet eine gleiche mechanische Struktur haben und jeweils axial magnetisiert sind, und wobei die Magnetisierungsrichtungen entgegengesetzt sind.An AC7DC dual-sphere mixed-magnetic bearing with five degrees of freedom for a vehicle flywheel battery according to the present invention is realized by the technical solution according to claim 1: outside a rotor, an axial stator and a radial stator are coaxially mounted, wherein the radial stator has an upper radial Stator having an upper yoke portion and a lower radial stator having a lower yoke portion and is formed by the upper radial stator and the lower radial stator whose upper and lower yoke portions are integrally connected to each other, are coaxially arranged, the upper and lower Jochabschnitt form a first chamber, and wherein at the upper end of the upper yoke portion of the upper radial stator and the lower end of the lower yoke portion of the lower radial stator three radial stator poles are arranged uniformly along the circumferential direction, wherein the Oberflä each of the radial stator pole is a concave spherical surface, a radial control coil being wound on each radial stator pole, with a center cylinder being provided in the center of the rotor, with an equal cylinder at the top and bottom of the middle cylinder of the upper end and cylinders of the lower end are provided, wherein at the upper and lower ends of the middle cylinder respectively connected to the cylinder of the upper end upper connecting body and a cylinder connected to the lower end lower connecting body are provided, wherein the side walls of the cylinder each of the upper and lower ends is a convex spherical surface, each concave spherical surface at the inner end of the upper and lower radial stator poles facing longitudinally correspondingly precisely to the convex spherical surface of the upper and lower end cylinder, between the concave spherical surface and the convex spherical surface Sphere surface is an air gap, wherein the ball centers of precisely facing concave spherical surface and convex spherical surface overlap, outside of the middle cylinder of the axial stator is firmly nested, wherein the axial stator by a coaxially arranged disc-shaped upper axial stator and lower axial stator with the same a mechanical structure is formed, wherein between the upper axial stator and the lower axial stator, a disk-shaped Magnetisolieraluminiumring is pressed overlapping, wherein an inner cavities of the upper axial stator and lower axial stator and the disk-shaped Magnetisolieraluminiumsring form a second chamber, and wherein in the second chamber their inner wall contacting axial control coil is arranged, wherein at the top of the upper axial stator and the underside of the lower axial stator in each case one between the axial stator and the radial stator pole In the upper and lower annular permanent magnets, the upper and lower annular permanent magnets have the same mechanical structure and are axially magnetized, respectively, and the magnetization directions are opposite.
[0005] Im Vergleich zum Stand der Technik hat die vorliegende Erfindung folgende Vorteile: 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. 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 gyroskopi-sche Effekt des Rotors zur Grenze unterdrückt, darüber hinaus wird die Struktur kompakter. 3. In Hinsicht auf die axiale 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 ist für einen Hochdrehzahlbetrieb des Rotors, und die axiale Steuergenauigkeit wird verbessert. 4. Die axiale Spule gemäss der vorliegenden Erfindung hat einen grossen Raum, aufgrund dessen kann eine hohe axiale Tragfähigkeit realisiert werden. 5. Die vorliegende Erfindung verwendet eine integrierte Struktur mit fünf Freiheitsgraden, dabei besteht ein hoher Integrationsgrad, um die Länge der Achse zu verkürzen, das Volumen der Schwungradbatterie zu verringern und das Material zu sparen.Compared with the prior art, the present invention has the following advantages: 1. A spherical surface structure is used for the opposed surfaces of the stator and the rotor of the double-spherical mixed magnetic bearing according to the present invention, thereby effectively reducing the axial size of the magnetic bearing become; upon deflection or displacement of the rotor of the magnetic bearing, the electromagnetic force is directed to the ball center of the rotor to reduce a disturbing 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 occurrence of the gyroscopic effect, and the spherical surface structure promotes multi-dimensional movement and spatial positioning and work, moreover, the distribution of the magnetic field of the air gap by the spherical surface structure becomes more uniform and symmetrical what is conducive to the control and analysis of the rotor. 2. In the present invention, the space of the radial stator of the magnetic bearing is fully utilized, and the permanent magnets are respectively installed in the upper chamber of the radial stator and the lower chamber of the radial stator, thereby reducing the axial size of the magnetic bearing and reducing the gyroscopic the effect of the rotor is suppressed to the limit, moreover, the structure becomes more compact. 3. With respect to the axial control, the present invention uses a rotor structure without thrust washer, thereby reducing the mass of the rotor, moreover, the friction and air resistance loss of the rotation axis is reduced, which is conducive to a high-speed operation of the rotor, and the axial control accuracy will be improved. 4. The axial coil according to the present invention has a large space, due to which a high axial load capacity can be realized. 5. The present invention uses a five-degree-of-freedom integrated structure with a high degree of integration to shorten the length of the axle, reduce flywheel battery volume, and save material.
Kurze Beschreibung der Zeichnung [0006]Short description of the drawing [0006]
Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht der inneren Struktur der vorliegenden Erfindung;Fig. 1 is a sectional view of the internal structure of the present invention;
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der vorliegenden Erfindung;Fig. 2 is a plan 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.
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.
Fig. 5 zeigt eine Ansicht der Montagestruktur eines radialen Stators gemäss Fig. 3 und eines Rotors gemässFIG. 5 shows a view of the mounting structure of a radial stator according to FIG. 3 and a rotor according to FIG
Fig. 4;Fig. 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.
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.
Fig. 8 zeigt eine Vorderansicht der Montagestruktur eines radialen Stators, einer radialen Steuerspule, eines axia len Stators und eines ringförmigen Permanentmagneten gemäss Fig. 1;Fig. 8 shows a front view of the mounting structure of a radial stator, a radial control coil, a axia len 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 is a principle diagram of the radial two-degree-of-degree compensation control of the present invention;
Fig. 11 zeigt ein Prinzipdiagramm der radialen rotierenden Zwei-Freiheitsgrad-Ausgleichssteuerung der vorliegenden Erfindung;Fig. 11 is a principle diagram of the radial rotating two-degree-of-degree 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.
Ausführliche Beschreibung [0007] 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 Referring to Figs. 1 and 2, in the middle of the present invention, a rotor 7 is disposed, outside of the rotor 7, an axial stator 5 and a radial stator are coaxially mounted.
[0008] 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 es sich bei dem Innenhohlraum des Hohlzylinders um eine erste Kammer 16 handelt.The radial stator is formed by an upper radial stator 1 and a lower radial stator 8, wherein the upper radial stator 1 and the lower radial stator 8 along the axial direction of the rotor 7 are arranged coaxially. The yoke portions of the upper radial stator 1 and the lower radial stator 8 are arranged along the axial direction of the rotor 7 coaxially at an upper and lower position, wherein the upper and lower yoke portion are integrally connected to each other and form a hollow cylinder, and wherein it the inner cavity of the hollow cylinder is a first chamber 16.
[0009] 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 aligned 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 aligned flush with each other.
[0010] In der ersten Kammer 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 drei 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 drei unteren radialen Statorpole 81, 82, 83 sind völlig miteinander identisch, wobei die oberen und unteren Projektionen sich überlappen. Die obere Endfläche der drei oberen radialen Statorpole 11, 12, 13 ist bündig mit der oberen Endfläche des Jochabschnitts des oberen radialen Stators 1 ausgerichtet, wobei die untere Endfläche der drei unteren radialen Statorpole 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 sechs 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.In the first chamber 16, at the upper end of the yoke portion of the upper radial stator 1 and lower end of the yoke portion of the lower radial stator 8, three radial stator poles are uniformly arranged respectively along the circumferential direction, each having three upper radial 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 three lower radial stator poles 81, 82, 83 are completely identical to each other, with the top and bottom projections overlapping. The upper end surface of the three upper radial stator poles 11, 12, 13 is aligned flush with the upper end surface of the yoke portion of the upper radial stator 1, the lower end surface of the three lower radial stator poles 81, 82, 83 being flush with the lower end surface of the yoke portion of FIG lower radial stator 8 is aligned. At each radial stator pole respectively radial control coils are wound, which respectively correspond to the upper radial control coil 21,22, 23 and the lower radial coil 91, 92, 93, wherein the six completely identical radial control coils corresponding to each other at the upper radial stator poles 11, 12, 13 and the lower radial stator poles 81, 82, 83 are wound.
[0011] Am inneren Ende der drei oberen radialen Statorpole 11,12,13 und der drei unteren radialen Statorpole 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: [0012] 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.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 in each case, wherein the surface of the pole piece is formed 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 exemplified: 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.
[0013] 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 in the axial direction structure, wherein in the middle of a middle cylinder 73 is provided, and wherein at the upper and lower end in each case an identical hollow cylinder is provided, which 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, there are respectively disposed 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. 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, wherein the side wall of the cylinder of the upper end 71 is an upper convex spherical surface 711 and the side wall of the cylinder of the lower End 75 is about 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, wherein the outer diameter of the middle cylinder 73 is smaller than the outer diameter of the upper connecting body 72 and the lower connecting body 74, and wherein the outer diameter of the upper connecting body 72nd 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.
[0014] Wie in Fig. 1 dargestellt, ist jede konkave Kugelfläche am inneren Ende der drei oberen radialen Statorpole 11, 12, 13 und der drei 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 axiale Länge 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 three upper radial stator poles 11, 12, 13 and the three lower radial stator poles 81, 82, 83 is longitudinally in the radial direction corresponding to exactly the convex spherical surface of the cylinder facing the upper end 71 and the cylinder of the lower end 75 of the rotor 7, between the concave spherical surface and the convex spherical surface is maintained a radial air gap of 0.5 mm, and the concave spherical surface and the convex spherical surface have a same axial length in the axial direction. When the rotor 7 is at an equilibrium position, the ball 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 ball 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, explanation will be given merely 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 the upper convex spherical surface 711 in the radial direction 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 the lower convex spherical surface 751 of the rotor 7 in the radial direction, and a radial gap of 0.5 mm is held between the two.
[0015] Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ausserhalb des mittleren Zylinders 73 des Rotors 7 ein scheibenförmiger axialer Stator 5 in einer in der ersten Kammer 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, beide 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 ersten Kammer 16 und jeweils an der Innenwand der ersten Kammer 16 fest angeschlossen ist. Die Innenhohlräume des oberen axialen Stators 51, des unteren axialen Stators 52 und des Magnetisolieraluminiumrings 42 bilden eine zweite Kammer 17 aus, wobei in der zweiten Kammer 17 eine axiale Steuerspule 6 durch einen Spulenhalter koaxial befestigt ist, und wobei die axiale Steuerspule 6 die Innenwand der zweiten Kammer 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. [0016] 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 mittleren 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, sodass 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. 1, outside the central cylinder 73 of the rotor 7, a disc-shaped axial stator 5 is fixed in a center located in the first chamber 16, wherein the axial stator 5 in the axial direction between the upper radial control coils 21, 22, 23 and the lower radial coils 91, 92, 93 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, wherein the upper axial stator 51 and the lower axial stator 52 have a same structure, are both disc-shaped and along the axial direction of the central cylinder 73 longitudinally are arranged coaxially. Between the upper axial stator 51 and the lower axial stator 52, a disc-shaped magnetic insulating aluminum ring 42 is pressed tightly overlapped, wherein an outer diameter of the upper axial stator 51, the lower axial stator 52 and the Magnetisolieraluminiumsring 42 respectively equal to the inner diameter of the first chamber 16 and is firmly connected to the inner wall of the first chamber 16. The inner cavities of the upper axial stator 51, the lower axial stator 52 and the Magnetisolieraluminiumsring 42 form a second chamber 17, wherein in the second chamber 17, an axial control coil 6 is coaxially fixed by a coil holder, and wherein the axial control coil 6, the inner wall of the the second chamber 17 are closely contacted and they are placed together outside the middle cylinder 73, and wherein between them and the middle cylinder 73, a gap is held. 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 in a row. The magneto-insulating aluminum ring 42 is pressed overlappingly between the same upper and lower large disks 53, with the inner diameter and outer diameter of the magneto-insulating aluminum ring 42 being equal to the inner diameter and the outer diameter of the large disk 53, respectively. An end face of the large disk 53 is connected to the small disk 55 through the middle ring body 54, the inner diameter of the middle ring body 54 being the same as the inner diameter of the large disk 53, and the outer diameter of the middle ring body 54 being the same as the outer diameter of the small disk 53 Disk 55, but much smaller than the outer diameter of the large disk 53, and wherein the inner diameter of the small disk 55 is smaller than the inner diameter of the large disk 53, this is a step between the outer wall of the small disk 55 and the outer wall of the large disk 53 formed so that an axial gap exists. The axial distance of the upper end surface of the small disc 55 of the upper axial stator 51 to the upper radial stator poles 11,12,13 is equal to the axial distance of the lower end surface of the small disc 55 of the lower axial stator 52 to the lower radial stator poles. The axial control coil 6 tightly contacts the inner walls of the two central annular bodies 54 and the two large disks 53, wherein an axial control magnetic field can be generated in the interior of the annular body 54 when the axial control coil 6 is turned on.
[0017] 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, in the axial direction, an axial air gap of 0.5 mm between the upper end surface of the small plate 55 of the upper axial stator 51 and the lower end surface of the upper connecting body 72 of the rotor 7 is held, when the rotor 7 is at 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. Also, in the axial direction, there is an axial air gap of 0.5 mm between the lower end surface of the small disk 55 of the lower axial stator 52 and the upper end surface of the lower joint 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 joint body 74 of the rotor 7.
[0018] 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 ringförmigen 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 zu gewährleisten, dass der axiale Magnetkreis in dem axialen Stator 5 nicht durch den ringförmigen Permanentmagneten beeinflusst wird.As shown in Fig. 8 and 1, an annular permanent magnet is installed at the top 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, in each case an upper annular permanent magnet 31st and a lower ring-shaped permanent magnet 32, wherein the upper ring-shaped permanent magnet 31 and the lower ring-shaped permanent magnet 32 have the same structure and are each made of a high-performance rare earth material - neodymium-iron-boron - and axially magnetized, and the upper one annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32 have an opposite direction of magnetization, and wherein the S-poles of the annular permanent magnet are opposed to each other. The annular permanent magnet is tightly pressed between the axial stator 5 and the radial stator pole, the upper annular permanent magnet 31 being overlapped between the large disc 53 of the upper axial stator 51 and the upper radial stator poles 11, 12, 13, and wherein lower annular permanent magnet 32 is overlapped between the lower axial stator 52 and the lower radial stator poles 81, 82, 83 is pressed. 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 disc 55, thereby ensuring that a certain radial gap between the annular permanent magnet and the central ring body 54 and the small disc 55 of the axial Stators 5 is held to ensure that the axial magnetic circuit in the axial stator 5 is not affected by the annular permanent magnet.
[0019] Ausserhalb eines ringförmigen Permanentmagneten ist ein Magnetisolieraluminiumring aufgesetzt, welcher gleichzeitig an der Aussenwand des ringförmigen Permanentmagneten und der Innenwand einer Welle der ersten Kammer 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 Permanent- magneten 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 ersten Kammer 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 of an annular permanent magnet, a Magnetisolieraluminiumring is placed, which is at the same time firmly interleaved on the outer wall of the annular permanent magnet and the inner wall of a shaft of the first chamber 16. Outside the upper annular permanent magnet 31, an upper Magnetisolieraluminiumring 41 is placed, while outside the lower annular permanent magnet 32, a lower Magnetisolieraluminiumring 43 is placed, the upper Magnetisolieraluminiumring 41 and the lower Magnetisolieraluminiumring 43 have a completely same structure, and whose axial height is the same that of the upper annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32 is. The upper magnetic insulating aluminum ring 41 and the lower magnetic insulating aluminum ring 43 are first press-fitted to the outer wall of the upper annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32, respectively, and then closely bonded to the inner wall of the shaft of the first chamber 16 by cold pressure welding. Between the annular permanent magnet and the Magnetisolieraluminiumring and the upper radial control coils 21,22, 23 and the lower radial coils 91, 92, 93 there is no contact or no interference.
[0020] In Betrieb der vorliegenden Erfindung können eine statische passive Aufhängung, ein radiales Zweifreiheitsgrad-Gleichgewicht, ein radiales Torsions-Zweifreiheitsgrad-Gleichgewicht und ein axiales Einzelfreiheitsgrad-Gleichgewicht realisiert werden. Bezüglich der axialen Steuerung wird die axiale Steuerspule mit Gleichstrom angeschaltet, sodass 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 unteren Gruppe von Dreimagnetpol-Radialkugelflächenstatoren angeordnete radiale Steuerspule mit Dreiphasenwechselstrom angeschaltet, durch eine Variierung der Grösse des Stroms der radialen Steuerspule wird eine genaue Vierfreiheitsgrad-Steuerung in der radialen Richtung realisiert. Details sind wie folgt: [0021] 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 geht 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 geht 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.In operation of the present invention, a static passive suspension, a two degree of freedom radial balance, a two degree torsional radial torsional balance and a single degree of axial balance can be realized. With respect to the axial control, the axial control coil is turned on with direct current so as to form an electromagnet with the axial stator, and by varying and controlling the magnitude and direction of the direct current, the magnitude and direction of the force acting on the rotor are changed in the axial direction. to realize an axial single degree of freedom control. With respect to the radial control, the three-phase alternating current radial control coil arranged at upper and lower groups of three-magnetic-pole radial ball surface stators is turned on, and by varying the magnitude of the current of the radial control coil, accurate four-degree-of-freedom control in the radial direction is realized. Details are as follows: Implementation 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 magnets 32 are shown as dotted line and arrow in FIG. Pol of the upper annular permanent magnet 31 passes through the upper annular permanent magnet 31 generated bias magnetic flux at the upper radial stator pole 11 and then successively at 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, and finally returns to the S-pole of the upper permanent magnet 31. Similarly, 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 connection body 74 of FIG Rotor 7, the axial air gap and the lower axial stator 52 of the axial stator 5 over and ends at the end to the S-pole of the lower annular permanent magnet 32 back. When the rotor 7 is at a middle equilibrium position, the center axis of the rotor 7 and the axial center axis of the magnetic bearing overlap, in the radial direction the air gap magnetic fluxes are between the convex spherical surfaces of the upper end cylinder 71 and the lower end cylinder 75 of FIG Rotor 7 and the concave spherical surfaces of the upper radial stator pole 11 and the lower radial stator pole 81 are completely identical with each other, due to which an electromagnetic force exerted on the rotor 7 in the radial direction is balanced to realize a radial 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 applied to the rotor 7 in the axial direction is balanced , due to which an axial stable suspension of the rotor 7 is realized.
[0022] 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, sodass 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 durch fette durchgezogene Linien sowie Pfeile gemäss Fig. 10 dargestellt wird, der durch den oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 und den unteren ringförmigen Permanentmagneten 32 generierte Vorspannungsmagnetfluss durch gestrichelte Linien sowie Pfeile gemäss Fig. 10 dargestellt wird, der durch das Innere der oberen radialen Statorpole 11,13 und der unteren radialen Statorpole 81, 83 hindurchgehende Vorspannungsmagnetfluss und der Steuermagnetfluss einander abgewandte Richtungen haben, 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, sodass 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, sodass er zur Gleichgewichtsposition zurückkehrt.Realization of a radial degree of two-degree balance: see FIG. 10, when the rotor 7 is disturbed in the radial degree of two-degree 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 turned on, and the generated single magnetic flux is directed in a direction away from the positional deviation, thereby generating a corresponding magnetic suspension force of the radial control 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 respectively turned on, the generated control magnetic flux 10 is shown by solid 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 by dashed lines and arrows according to FIG. 10 passing through the interior of the upper radial stator poles 11; 13 and the lower radial stator poles 81, 83 passing 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 a same direction so that the total magnetic flux is amplified, thus increasing the radial single magnetic flux in the backward direction of the Y axis, 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.
[0023] 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, sodass 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, der Torsionswinkel Ox ist, der nach der Anschaltung der oberen radialen Steuerspulen 21, 22, 23 generierte Steuermagnetfluss durch fette durchgezogene Linien sowie Pfeile gemäss Fig. 11 dargestellt wird und der durch den oberen ringförmigen Permanentmagneten 31 und den unteren ring förmigen Permanentmagneten 32 generierte Vorspannungsmagnetfluss durch gestrichelte Linien sowie Pfeile gemäss Fig. 11 dargestellt wird. 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, sodass er zur Gleichgewichtsposition zurückkehrt.Realization of a Radial Torion-Zweifreiheitsgrad Equilibrium: see Fig. 11, when the rotor 7 is disturbed in the radial torsional two 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 turned on, and the generated single magnetic flux is directed in a direction away from the positional deviation, thereby generating a torque such that the rotor 7 returns to the radial equilibrium position. It is assumed that the rotor 7 under disturbance has a torsion in the forward direction of the Y-axis, the torsion angle is Ox, the control magnetic flux generated after the connection of the upper radial control coils 21, 22, 23 by bold solid lines and arrows according to FIG. 11 is shown and the generated by the upper annular permanent magnet 31 and the lower ring-shaped permanent magnet 32 bias magnetic flux is shown by dashed lines and arrows according to FIG. 11. It can be found that the bias magnetic flux and the control magnetic flux in the upper radial stator poles 21, 23 have directions opposite to each other 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 top 22 have a 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 have the through the inside of the lower radial stator poles 81, 83, the bias magnetic flux and control magnetic flux pass an identical direction, and the total magnetic flux passing through the lower radial stator poles 81, 83 is amplified, while the bias magnetic flux and the control magnetic flux passing through the lower radial stator pole 82 have directions opposite to each other 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 torsion torque is applied to the rotor 7, so that he returns to the equilibrium position.
[0024] 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, sodass 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 6 generiert wird, durch 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 durch punktierte Linien und Pfeile gemäss Fig. 12 dargestellt. Dabei kann 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 7 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.Realization of an axial single degree of freedom active control: see Fig. 12, the axial control coil 6 is switched to DC, when the rotor 7 in the axial direction has a position deviation, the size and the direction of the current are changed by a variation of the direct current 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 is at the axial reference equilibrium position returns. If the rotor 7 is e.g. is deviated upward, the axial control magnetic flux, which is generated by a charge of an axial control current through the axial control coil 6, by bold solid lines and arrows shown in FIG. 12, which generated by the upper annular permanent magnet 31 and the lower annular permanent magnet 32 Bias bias flux is shown by dotted lines and arrows in FIG. In this case, it can be found that the axial air gap magnetic flux passing between the upper axial stator 51 and the rotor 7 have directions opposite to each other, having the same axial direction between the axial axial stator 52 and the rotor 7 axial air gap magnetic flux and the composite air gap magnetic flux between the upper axial stator 51 and the rotor 7 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.
Bezugszeichenliste [0025] 1 Oberer radialer Stator 5 Axialer Stator 6 Axiale Steuerspule 7 Rotor 8 Unterer radialer Stator 11,12,13 Oberer radialer Statorpol 16 Kammer der radialen Statorpole 17 Kammer des axialen Stators 21,22,23 Obere radiale Steuerspule 31 Oberer ringförmiger Permanentmagnet 32 Unterer ringförmiger Permanentmagnet 41 Oberer Magnetisolieraluminiumring 42 Magnetisolieraluminiumring 43 Unterer Magnetisolieraluminiumring 51 Oberer axialer Stator 52 Unterer axialer Stator 53 Grosse Scheibe 54 Mittlerer Ringkörper 55 Kleine Scheibe 71 Zylinder des oberen Endes 72 Oberer Verbindungskörper 73 Mittlerer Zylinder 74 Unterer Verbindungskörper 75. Zylinder des unteren Endes 81, 82, 83 Unterer radialer Statorpol 91, 92, 93 Untere radiale Spule 211 Obere konkave Kugelfläche 711 Obere konvexe Kugelfläche 751 Untere konvexe Kugelfläche 811 Untere konkave KugelflächeDESCRIPTION OF SYMBOLS [0025] 1 Upper radial stator 5 Axial stator 6 Axial control coil 7 Rotor 8 Lower radial stator 11, 12, 13 Upper radial stator pole 16 Chamber of radial stator poles 17 Chamber of axial stator 21, 22, 23 Upper radial control coil 31 Upper annular permanent magnet 32 Lower annular permanent magnet 41 Upper magnetic insulating aluminum ring 42 Magnetic insulating aluminum ring 43 Lower magnetic insulating aluminum ring 51 Upper axial stator 52 Lower axial stator 53 Large disk 54 Middle annular body 55 Small disk 71 Cylinder of upper end 72 Upper connecting body 73 Middle cylinder 74 Lower connecting body 75. Cylinder of lower end 81 , 82, 83 Lower radial stator pole 91, 92, 93 Lower radial coil 211 Upper concave spherical surface 711 Upper convex spherical surface 751 Lower convex spherical surface 811 Lower concave spherical surface
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