Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Rotor-/Stator-Kombinationen
mit Permanentlagern und insbesondere auf Rotor-/Stator-Kombinationen, die
für Elektromotoren mit hoher Drehzahl geeignet sind.The
The present invention relates to rotor / stator combinations
with permanent bearings and in particular on rotor / stator combinations, the
suitable for electric motors with high speed.
Bei
schnell drehenden Rotoren, wie sie beispielsweise für Verdichter
in Wärmepumpen eingesetzt werden können, ist es
wünschenswert, eine Lagertechnik zu haben, die wartungsfrei
und verschleißfrei ist, da solche Wärmepumpenmotoren häufig
im Betrieb sind und gleichzeitig im Sinne einer guten Effizienz
oft an- und ausgeschaltet werden sollen. Insbesondere in einem solchen
Anwendungsfeld, aber auch für andere Anwendungen, haben
sich Magnetlager etabliert.at
fast rotating rotors, such as those for compressors
it can be used in heat pumps
desirable to have a bearing technology that is maintenance-free
and is wear-free, since such heat pump motors are common
in operation and at the same time in terms of good efficiency
often switched on and off. Especially in such a
Field of application, but also for other applications
Magnetic bearings established.
So
offenbart die DE 38
18 556 A1 eine Magnetlagerung für einen Rotor,
an dem Rotorschaufeln angebracht sind, die sich mit Statorschaufeln
abwechseln. Für die Seitenführung des Rotors sind zwei
im axialen Abstand angeordnete passive Magnetlager vorgesehen, die
jeweils aus zwei konzentrischen kreisförmigen Permanentmagneten
bestehen, von denen jeweils der eine am Rotor und der andere am
Stator, also gerätefest, angeordnet sind und sich gegenseitig
abstoßend magnetisiert sind. Am unteren Ende des Rotors
ist ein regelbares Magnetlager mit einem Elektromagneten angeordnet,
der auf eine am Rotor befestigte Anzugsscheibe wirkt. Der Elektromagnet
besteht aus einem ein Statorelement bildenden, magnetisierbaren
Kern und einer aus einem Stromleiter bestehenden Spule. Die Erregung
des Elektromagneten wird durch eine Stabilisiereinrichtung gesteuert,
die einen Lagesensor zur Erfassung einer axialen Stellung des Rotors
aufweist. Mit Hilfe des Elektromagneten wird der Rotor in einer
Ar beitsposition gehalten, bei der die Permanentmagnete der passiven
Magnetlager derart gegeneinander verschoben sind, dass sie eine
der Anzugskraft des Elektromagneten entgegen gesetzte Axialkraft
erzeugen. Die Arbeitsposition ist so vorgesehen, dass der Elektromagnet
stets erregt sein muss, um die Arbeitsposition zu halten. Die Stabilisiereinrichtung sorgt
durch Variation der Erregung dafür, dass der Rotor bei
einer Axialverschiebung immer wieder in die Arbeitsposition zurückbewegt
wird.So revealed the DE 38 18 556 A1 a magnetic bearing for a rotor, are attached to the rotor blades, which alternate with stator blades. For the lateral guidance of the rotor two axially spaced passive magnetic bearings are provided, each consisting of two concentric circular permanent magnets, of which each one on the rotor and the other on the stator, so device fixed, are arranged and are mutually magnetized repulsive. At the lower end of the rotor, a controllable magnetic bearing with an electromagnet is arranged, which acts on a rotor attached to the tightening pulley. The electromagnet consists of a magnetizable core forming a stator element and a coil consisting of a current conductor. The energization of the electromagnet is controlled by a stabilizer having a position sensor for detecting an axial position of the rotor. With the aid of the electromagnet, the rotor is held in a working position, in which the permanent magnets of the passive magnetic bearings are displaced relative to one another in such a way that they generate an axial force opposing the tightening force of the electromagnet. The working position is such that the solenoid must always be energized to maintain the working position. By varying the excitation, the stabilizer ensures that the rotor is repeatedly moved back into the working position during an axial displacement.
Die DE-OS 28919236 zeigt
eine Magnetlagerung, beispielsweise für Strömungsmessungen, die
als Bewegungselement einen sich horizontal erstreckenden Rotor aufweist.
Um den Rotor schwebend zu halten, sind zwei passive Magnetlager
mit jeweils einem Stator-seitigen und einem Rotor-seitigen Permanentmagneten
vorhanden, die sich gegenseitig abstoßend magnetisiert
sind, wobei die Feldkomponenten der beiden passiven Magnetlager
entgegengesetzt gerichtet sind. In den Zwischenraum zwischen den
beiden passiven Magnetlagern ist eine Magnetspule angeordnet. Die
Erregung der Magnetspule wird durch eine Regeleinrichtung gesteuert,
zu der Lagesensoren gehören, die die axiale Verschiebung
des Rotors berührungslos abtasten und den Erregerstrom
in Abhängigkeit von der axialen Verschiebung regeln. Je
nach Richtung und Größe der elektrischen Ströme
in der Magnetspule wird der Rotor in einer bestimmten Arbeitsposition
gehalten.The DE-OS 28919236 shows a magnetic bearing, for example, for flow measurements, which has a horizontally extending rotor as a moving element. In order to keep the rotor floating, there are two passive magnetic bearings each having a stator-side and a rotor-side permanent magnet which are mutually repulsively magnetized, the field components of the two passive magnetic bearings being oppositely directed. In the space between the two passive magnetic bearings, a magnetic coil is arranged. The energization of the solenoid is controlled by a controller which includes position sensors which sense the axial displacement of the rotor without contact and regulate the excitation current in response to the axial displacement. Depending on the direction and magnitude of the electrical currents in the solenoid coil, the rotor is held in a specific working position.
Die DE 100 43 302 A1 offenbart
eine rotationssymmetrische Magnetlagerung mit einem sich vertikal
erstreckenden und um die Vertikalachse drehbaren Rotor als Bewegungselement,
der an seinen stirnseitigen Enden jeweils einen kreisrunden Permanentmagneten
aufweist. Diese beiden Permanentmagnete sind von ringförmigen
Permanentmagneten umgeben, die Teile eines Stators sind und über eine
kreisrunde Hülse verbunden sind. Die Permanentmagnete des
Stators sind in der gleichen Richtung magnetisiert wie die Permanentmagnete
des Rotors, so dass zwischen den Permanentmagneten abstoßende
Magnetkräfte wirken, die den Rotor radial zentrieren. Die
jeweils benachbarten Paare von Permanentmagneten bilden passive
Magnetlager. Unterhalb der Stirnseite des unteren Permanentmagneten
des Rotors ist ein zylinderförmiges Statorelement angeordnet,
das von einem Stromleiter umgeben ist. Die zwischen dem unteren
Permanentmagneten des Rotors und dem Statorelement wirkende Magnetkraft
ist so bemessen, dass die Permanentmagnete des Rotors gegenüber
den sie umgebenden Permanentmagneten leicht nach oben versetzt sind,
so dass ein Kräftegleichgewicht zwischen der von dem Permanentmagneten
ausgehenden nach oben gerichteten Vertikalkraft und der Anziehungskraft
zwischen dem Permanentmagneten am Rotor und dem Statorelement herrscht.
Wird der Rotor vertikal ausgelenkt, erfasst dies der Lagesensor
und veranlasst die Stabilisiereinrichtung, an den Stromleiter einen
solchen Steuerstrom anzulegen, dass die Magnetisierung des Statorelements
derart beeinflusst wird, dass der Rotor wieder in seine Arbeitsposition zurückkehrt.The DE 100 43 302 A1 discloses a rotationally symmetric magnetic bearing with a vertically extending and rotatable about the vertical axis rotor as a moving element having at its front ends each have a circular permanent magnet. These two permanent magnets are surrounded by annular permanent magnets, which are parts of a stator and are connected by a circular sleeve. The permanent magnets of the stator are magnetized in the same direction as the permanent magnets of the rotor, so that between the permanent magnets repulsive magnetic forces act radially centering the rotor. The adjacent pairs of permanent magnets form passive magnetic bearings. Below the end face of the lower permanent magnet of the rotor, a cylindrical stator element is arranged, which is surrounded by a conductor. The magnetic force acting between the lower permanent magnet of the rotor and the stator element is so dimensioned that the permanent magnets of the rotor are offset slightly upwards relative to the surrounding permanent magnets, so that an equilibrium of forces between the upward vertical force emanating from the permanent magnet and the attractive force between the permanent magnet on the rotor and the stator prevails. If the rotor is deflected vertically, this is detected by the position sensor and causes the stabilizer device to apply to the current conductor such a control current that the magnetization of the stator element is influenced in such a way that the rotor returns to its working position.
Nachteilig
an dieser Magnetlagerung ist, dass ein Ende der Rotor-/Stator-Kombination
komplett durch das von einer Spule umgebene Stator-Element in Anspruch
genommen wird. Das Stator-Element liegt insbesondere stirnseitig
dem an dem Rotor angebrachten Permanentmagneten gegenüber,
so dass dieses Ende des Rotors komplett von der Steuertechnik belegt
ist. Darüber hinaus wird die Steuerungseinrichtung mit
Spule und zylinderförmigem Stator-Element einen beträchtlichen
Platz in Anspruch nehmen, weil die Steuerung entlang der Länge
des Rotors angeordnet ist und damit die Längenausdehnung,
die durch den Rotor ohnehin schon groß ist, noch weiter
vergrößert ist. Darüber hinaus ist der
Zusammenbau aufwändig aufgrund der vielen verschiedenen
Teile, und auch aufgrund der Magnetlagerung, die neben dem Rotor
und dem Stator auch die Steuereinrichtung mit einem zylinderförmigen Stator-Element
und einer dieses umgebenden Spule separat vom Stator aufweist.A disadvantage of this magnetic bearing is that one end of the rotor / stator combination is completely taken up by the stator element surrounded by a coil. In particular, the stator element lies opposite the front side of the permanent magnet attached to the rotor, so that this end of the rotor is completely occupied by the control technology. In addition, the coil-cylindrical stator-member controller will take up considerable space because the controller is located along the length of the rotor, and thus the elongation, which is already large by the rotor, is further increased. In addition, the assembly is complex due to the many various parts, and also due to the magnetic bearing having in addition to the rotor and the stator and the control device with a cylindrical stator element and a coil surrounding this separately from the stator.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes
Magnetlagerkonzept zu schaffen.The
Object of the present invention is to provide an improved
To create magnetic bearing concept.
Diese
Aufgabe wird durch eine Rotor-/Stator-Kombination nach Patentanspruch
1, ein Verfahren zum Betreiben einer Rotor-/Stator-Kombination gemäß Patentanspruch
22, ein Verfahren zum Herstellen einer Rotor-/Stator-Kombination
gemäß Patentanspruch 26, einen Rotor gemäß Patentanspruch 31,
einen Stator gemäß Patentanspruch 32, oder eine
Wärmepumpe gemäß Patentanspruch 33 gelöst.These
Task is by a rotor / stator combination according to claim
1, a method of operating a rotor / stator combination according to claim
22, a method of manufacturing a rotor / stator combination
according to claim 26, a rotor according to claim 31,
a stator according to claim 32, or a
Heat pump solved according to claim 33.
Bei
einer Rotor-/Stator-Kombination umfassen ein Stator und ein Rotor
zwei Lagerungsabschnitte, wobei wenigstens einer, nämlich
der zweite Lagerungsabschnitt ein Permanentmagnetlager aufweist.
Der erste Lagerungsabschnitt ist so ausgebildet, dass eine erste
Kraft in einer ersten Richtung auf den Rotor ausgeübt wird,
und der zweite Lagerungsabschnitt ist so ausgebildet, dass eine
zweite Kraft in einer zweiten Richtung auf den Rotor ausgeübt
wird, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegengesetzt
ist, damit der Rotor entlang der Richtung der ersten beziehungsweise
zweiten Kraft mit oder ohne Steuerkraft metastabil gehalten werden.
Ferner umfasst der zweite Lagerungsabschnitt einen Magnetkreis mit
zwei Luftspalten, die so angeordnet sind, dass die in den Luftspalten
auf den Rotor wirkenden Kräfte entgegengesetzt sind und
zusammen die zweite Kraft darstellen. Ferner ist eine Steuerungseinrichtung
vorgesehen, um die über die Luftspalten wirkenden Kräfte
ansprechend auf eine Steuergröße zu beeinflussen.at
A rotor / stator combination includes a stator and a rotor
two storage sections, wherein at least one, namely
the second storage section has a permanent magnet bearing.
The first storage section is designed so that a first
Force is exerted on the rotor in a first direction,
and the second storage portion is formed so that a
second force exerted in a second direction on the rotor
with the second direction opposite to the first direction
is to allow the rotor along the direction of the first or respectively
second force are held metastable with or without control force.
Furthermore, the second storage section comprises a magnetic circuit
two air gaps, which are arranged so that in the air gaps
are opposed to the forces acting on the rotor and
together represent the second force. Furthermore, a control device
provided to the force acting through the air gaps forces
responsive to a tax magnitude.
Im
zweiten Lagerungsabschnitt wird erfindungsgemäß ein
Reluktanzlager verwendet, dessen Magnetkreis zwei Luftspalte hat,
so dass der Rotor gegenüber dem Stator drehbar gelagert
ist. Durch Dimensionierung der Luftspalte beziehungsweise der an
den Luftspalten überlappenden Flächen können die
Kräfte eingestellt werden, die auf den Stator wirken. Ferner
kann durch die Positionierung der beiden Luftspalte erreicht werden,
dass die in den Luftspalten wirkenden Teilkräfte entgegengesetzt
gerichtet sind. Durch Beeinflussen der über den Luftspalten wirkenden
Teilkräfte durch die Steuerungseinrichtung kann ein z.
B. vorhandenes Gleichgewicht ohne weiteres in die eine oder andere
Richtung ausgelenkt werden, um eine Lagesteuerung des Rotors durchzuführen.
Hierzu werden keine zusätzlichen losen Elemente benötigt,
sondern lediglich ein Rotor mit einem Permanentmagnet und ein Stator
mit einem gegenüberliegenden Permanentmagnet, wobei der
Rotor oder der Stator den Magnetkreis dahingehend schließen,
dass sich ein magnetisierbares Material, wie beispielsweise Eisen,
Stahl, etc. von dem Permanentmagneten zu einer Oberfläche
erstreckt, die einen zweiten Luftspalt definiert.in the
second storage section is inventively a
Reluctance bearing used, whose magnetic circuit has two air gaps,
so that the rotor rotatably mounted relative to the stator
is. By dimensioning the air gaps or at
The air gaps overlapping surfaces can be the
Forces are set, which act on the stator. Further
can be achieved by positioning the two air gaps,
that the partial forces acting in the air gaps are opposite
are directed. By influencing the forces acting over the air gaps
Sub-forces by the controller can be a z.
B. existing balance readily in one or the other
Direction are deflected to perform a position control of the rotor.
No additional loose elements are needed for this
but only a rotor with a permanent magnet and a stator
with an opposite permanent magnet, wherein the
Rotor or the stator close the magnetic circuit to
that a magnetizable material, such as iron,
Steel, etc. from the permanent magnet to a surface
extends, which defines a second air gap.
Damit
wird ferner die Baulänge der Rotor-/Stator-Kombination
nicht zwangsläufig durch die Steuerung verlängert,
weil die Steuerung entlang der Welle integrierbar ist und nicht
unbedingt stirnseitig auf die Welle einwirken muss.In order to
Furthermore, the length of the rotor / stator combination
not necessarily extended by the controller,
because the controller is integrable along the shaft and not
must always act on the front side of the shaft.
Darüber
hinaus haben typische magnetisierbare Materialien, die geeignet
sind, um einen Magnetkreis zu schließen, auch die Eigenschaft
einer hohen strukturellen Stabilität, wenn beispielsweise
an Stahl oder Eisen gedacht wird, was für einen Motor ohnehin
von Vorteil ist. Darüber hinaus hat die Integration von
Permanentmagneten den wesentlichen Vorteil der guten magnetischen
Abschirmung. Aufgrund der Tatsache, dass der Magnetkreis durch ein magnetisierbares
Material gebildet wird, verlaufen nahezu sämtliche Magnetfeldlinien
im Material und es existiert außerhalb des Materials abgesehen
vom Luftspalt kein magnetisches Feld, das andere Komponenten in
der Nähe stören würde. Dieses Merkmal ist
besonders vorteilhaft, weil die verwendeten Permanentmagneten für
ein robustes Magnetlager durchaus beträchtliche Polarisationsstärken
haben können.About that
In addition, typical magnetizable materials have the appropriate
are to close a magnetic circuit, also the property
a high structural stability, if, for example
thinking of steel or iron, what an engine anyway
is beneficial. In addition, the integration of
Permanent magnets the main advantage of good magnetic
Shielding. Due to the fact that the magnetic circuit by a magnetizable
Material is formed, run almost all magnetic field lines
in the material and it exists apart from the material
from the air gap no magnetic field, the other components in
would disturb the near. This feature is
particularly advantageous because the permanent magnets used for
a robust magnetic bearing quite considerable polarization strengths
can have.
Darüber
hinaus eignet sich ein Magnetkreis mit Luftspalten für
eine besonders gute Dimensionierung der Kräfte, da die
Kräfte einfach durch die geometrische Beeinflussung insbesondere
des zweiten Luftspalts, der nicht zwischen den bei den Permanentmagneten
angeordnet ist, erreicht werden kann. Durch Verkleinern der effektiven Überlappungsfläche an
einem Luftspalt wird die Konzentration der Flusslinien erhöht,
was abgesehen von Sättigungseffekten unmittelbar in einer
höheren Magnetkraft resultiert, als wenn vergleichsweise
eine große Überlappungsfläche verwendet
werden würde. Die nötige Überlappungsfläche
kann somit bestimmt werden, wenn eine erforderliche Krafteinwirkung
feststeht. Damit müssen zur Einstellung der Ruheposition
des Lagers keine aufwändigen elektronischen Maßnahmen
getroffen werden, sondern es genügt lediglich die Dimensionierung
einfacher geometrischer Größen, die typischerweise
rund sind und daher besonders gut und genau feststellbar sind, um
die Ausgangsgrößen eines Lagers reproduzierbar
festzulegen. Das Merkmal der Reproduzierbarkeit ist besonders dann
wichtig, wenn eine Serienfertigung mit hohen Stückzahlen und
damit niedrigem Preis für das Endprodukt durchgeführt
werden kann. Durch Einstellen der Überlappungsgröße
am Luftspalt durch hoch präzise mechanische spanabhebende
Verfahren, wie beispielsweise Drehverfahren oder Fräsverfahren,
kann eine hohe Reproduzierbarkeit erreicht werden, die insbesondere
höher ist als sie mit Permanentmagnetmaterialien erreicht
werden kann, die nicht spanabhebend bearbeitet werden, sondern normalerweise
gesintert werden und daher im Hinblick auf ihre Dicke und insbesondere
auch die Oberflächeneigenschaften weit hinter die Oberflächeneigenschaften
zurückfallen, die durch spanabhebende Verfahren an magnetisierbaren
Materialien erreicht werden können.In addition, a magnetic circuit with air gaps for a particularly good dimensioning of the forces, since the forces can be easily achieved by the geometric influence, in particular of the second air gap, which is not arranged between the permanent magnets. Reducing the effective overlap area at an air gap increases the concentration of the flux lines, which, apart from saturation effects, results directly in a higher magnetic force than if comparatively a large overlap area were used. The necessary overlap area can thus be determined if a required force is established. Thus, no elaborate electronic measures must be taken to adjust the rest position of the bearing, but it is sufficient only the dimensioning of simple geometric sizes that are typically round and therefore are particularly good and accurately determined to set the output variables of a bearing reproducible. The characteristic of reproducibility is particularly important when mass production can be carried out with high quantities and thus a low price for the end product. By adjusting the size of the overlap at the air gap by high-precision mechanical machining processes, such as turning or milling process, a high reproducibility can be achieved, which is in particular higher than can be achieved with permanent magnet materials that are not machined, but are normally sintered and therefore fall back far behind the surface properties in terms of their thickness and in particular the surface properties, the by chip removal magnetizable materials can be achieved.
Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung werden in beiden Lagerungsabschnitten jeweils Reluktanzlager
eingesetzt, also Lager mit Magnetkreisen, die jeweils zwei gegenüberliegende
Permanentmagnete und zwei gegenüberliegende Flächen
aus magnetisierbarem Material umfassen, welche zusammen einen Magnetkreis
mit zwei Luftspalten bilden.at
a preferred embodiment of the present invention
Invention are in both storage sections each reluctance
used, so bearing with magnetic circuits, each two opposite
Permanent magnets and two opposing surfaces
of magnetizable material, which together form a magnetic circuit
form with two air gaps.
Darüber
hinaus wird es bevorzugt, im ersten Lagerungsabschnitt stirnseitige
Permanentmagnete mit abwechselnder Polarität zu verwenden,
also ein attraktives Permanentmagnetlager, wobei zwischen der Stirnseite
des Rotors und der Seite des Rotors, an der ein Rotorrad anbringbar
ist, der zweite Lagerungsabschnitt vorgesehen ist, in dem ferner
die Steuerungseinrichtung angeordnet ist. Hier ist die Permanentmagnet-Überlappungsfläche
vorzugsweise größer als im ersten Lagerungsabschnitt,
da hier die Steuerung untergebracht wird, die zusammen mit der Dimensionierung
des geschlossenen Magnetkreises die Steuerwirkung des Rotors liefert.
Insbesondere durch Auslegung der Dimensionen und damit auch der
gegenüberliegenden Permanentmagnete im zweiten Lagerungsabschnitt
so, dass der erste Lagerungsabschnitt des Rotors hindurch geschoben werden
kann, wird ein leicht montierbares, einfach einsteckbares System
aus Stator und Rotor geschaffen, das zum Beispiel unter Verwendung
eines Montagestabs sicher und einfach montierbar ist.About that
In addition, it is preferred in the first storage section end-side
To use permanent magnets of alternating polarity,
So an attractive permanent magnet bearing, between the front
the rotor and the side of the rotor to which a rotor wheel attachable
is provided, the second storage section, in which further
the control device is arranged. Here is the permanent magnet overlap area
preferably larger than in the first storage section,
since here the control is accommodated, which together with the dimensioning
the closed magnetic circuit provides the control effect of the rotor.
In particular by interpretation of the dimensions and thus also the
opposite permanent magnets in the second storage section
such that the first bearing portion of the rotor are pushed through
can be easily assembled, easy plug-in system
made of stator and rotor, for example, using
a mounting bar is safe and easy to install.
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegende Zeichnung detailliert
erläutert. Es zeigen:preferred
Embodiments of the present invention will be
detailed below with reference to the accompanying drawings
explained. Show it:
1a eine
schematische Darstellung einer Rotor-/Stator-Kombination; 1a a schematic representation of a rotor / stator combination;
1b eine
detailliertere Darstellung einer Ausführungsform für
den zweiten Lagerungsabschnitt; 1b a more detailed illustration of an embodiment for the second storage section;
2 eine
schematische Darstellung der Kräfteverhältnisse
im ersten und zweiten Lagerungsabschnitt gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic representation of the balance of power in the first and second storage section according to a preferred embodiment of the present invention;
3a einen
Zusammenhang zwischen Magnetkraft und Parameter b, der das Verhältnis
der Fläche des Magnets zur Fläche des Rückschlusses in
einem Magnetkreis angibt; 3a a relationship between magnetic force and parameter b, which indicates the ratio of the area of the magnet to the area of the conclusion in a magnetic circuit;
3b eine
bevorzugte Ausführungsform der Rotor-/Stator-Kombination
mit attraktiven, d. h. anziehenden Permanentmagnetpolarisierungen; 3b a preferred embodiment of the rotor / stator combination with attractive, ie attracting permanent magnet polarizations;
4 eine
aufgebrochene perspektivische Ansicht einer Rotor-/Stator-Kombination
gemäß einem Ausführungsbeispiel; 4 a broken-away perspective view of a rotor / stator combination according to an embodiment;
5a eine
schematische Außenansicht einer Rotor-/Stator-Kombination
mit Angabe der Schnittfläche; 5a a schematic external view of a rotor / stator combination with indication of the sectional area;
5b eine
entlang der Schnittfläche von 5a genommene
Schnittansicht der Rotor-/Stator-Kombination gemäß der
vorliegenden Erfindung; 5b one along the cut surface of 5a taken sectional view of the rotor / stator combination according to the present invention;
6 eine
schematische Darstellung einer Wärmepumpe, in der die Rotor-/Stator-Kombination vorteilhaft
verwendbar ist; und 6 a schematic representation of a heat pump in which the rotor / stator combination is advantageously used; and
7 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen einer Rotor-/Stator-Kombination
unter Verwendung eines Führungsstabs. 7 a flowchart of a method for producing a rotor / stator combination using a guide rod.
1 zeigt eine Rotor-/Stator-Kombination in
prinzipieller Ansicht. Die Rotor-/Stator-Kombination umfasst einen
Rotor 100 und einen Stator 200. Insbesondere ist
der Rotor 100 in dem Stator 200 drehbar angeordnet.
Die Rotor-/Stator-Kombination umfasst ferner einen ersten Lagerungsabschnitt 300, der
Rotor-seitige Merkmale 310 und Stator-seitige Merkmale 320 hat.
Darüber hinaus umfasst die Rotor-/Stator-Kombination einen
zweiten Lagerungsabschnitt 400, wobei der zweite Lagerungsabschnitt 400 wiederum
Rotor-seitige Merkmale 410 und Stator-seitige Merkmale 420 hat.
Bei dem in 1a gezeigten Ausführungsbeispiel
besteht der Rotor 100 somit aus einem Rotorrad 110,
einer Rotorwelle 120, dem Rotor-seitigen Merkmal 410 des
zweiten Lagerungsabschnitts, dem Rotor-seitigen Merkmal 310 des
ersten Lagerungsabschnitts sowie einem vorzugsweise zwischen den
beiden Lagerungsabschnitten liegenden Bereich, der auch als Motorzone 500 bezeichnet
wird. Die Motorzone 500 umfasst wieder Rotor-seitige Merkmale 510 und
Stator-seitige Merkmale 520, die in 1a nicht
detailliert gezeigt sind, auf die später jedoch noch eingegangen
wird. 1 shows a rotor / stator combination in a basic view. The rotor / stator combination comprises a rotor 100 and a stator 200. , In particular, the rotor 100 in the stator 200. rotatably arranged. The rotor / stator combination further comprises a first storage section 300 , the rotor-side features 310 and stator-side features 320 Has. In addition, the rotor / stator combination comprises a second storage section 400 , wherein the second storage section 400 turn rotor-side features 410 and stator-side features 420 Has. At the in 1a shown embodiment, the rotor 100 thus from a rotor wheel 110 , a rotor shaft 120 , the rotor-side feature 410 of the second storage section, the rotor-side feature 310 of the first storage section and a preferably lying between the two storage sections area, which also serves as a motor zone 500 referred to as. The engine zone 500 again includes rotor-side features 510 and stator-side features 520 , in the 1a are not shown in detail, which will be discussed later.
Allgemein
ist der erste Lagerungsabschnitt so ausgebildet, dass eine erste
Kraft F1res in einer ersten Richtung, in 1a nach
unten auf den Rotor ausgeübt wird, und wobei der zweite
Lagerungsabschnitt so ausgebildet ist, dass eine zweite Kraft F2res in einer zweiten Richtung auf den Rotor 100 ausgeübt
wird, wobei die zweite Richtung der ersten Richtung entgegen gesetzt
ist und in 1a nach oben zeigt.In general, the first storage section is designed such that a first force F 1res in a first direction, in 1a is applied downward on the rotor, and wherein the second bearing portion is formed so that a second force F 2res in a second direction on the rotor 100 is applied, wherein the second direction is opposite to the first direction and in 1a pointing upwards.
Darüber
hinaus umfasst die Rotor-/Stator-Kombination in dem zweiten Lagerungsabschnitt 400 einen
Magnetkreis mit zwei Luftspalten, wobei die Luftspalten so angeordnet
sind, dass die in den Luftspalten auf den Rotor wirkenden Kräfte
entgegen gesetzt sind und zusammen die zweite Kraft F2res darstellen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele für einen solchen
Magnetkreis im zweiten Lagerungsabschnitt 400 werden anhand
von 1b und anhand von weiteren Figuren beschrieben.In addition, the rotor / stator combination comprises in the second storage section 400 a magnetic circuit with two air gaps, wherein the air gaps are arranged so that the forces acting in the air gaps on the rotor forces are opposed and together represent the second force F 2res . Preferred embodiments of such a magnetic circuit in the second storage section 400 are determined by 1b and described with reference to other figures.
Darüber
hinaus umfasst die Rotor-/Stator-Kombination eine Steuerungseinrichtung,
die in 1a ebenfalls nicht gezeigt ist,
die jedoch bezugnehmend auf 1b beschrieben
wird, die ausgebildet ist, um die über die Luftspalten
des zweiten Lagerungsabschnitts wirkenden Teilkräfte ansprechend auf
eine Steuergröße zu beeinflussen.In addition, the rotor / stator combination comprises a control device which in 1a is also not shown, but with reference to 1b described, which is designed to influence the forces acting on the air gaps of the second storage section partial forces in response to a control variable.
1b zeigt
eine Detailansicht eines zweiten Lagerungsabschnitts gemäß einem
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Insbesondere
ist an einer Rotorwelle 120 ein Rotor-seitiges Merkmal 410 angeordnet,
das einen Permanentmagneten 411 und einen Bereich aus magnetisierbarem
Merkmal 412 aufweist, wobei der Permanentmagnet 411 und der
Perma nentmagnetträger 412 fest mit dem Rotor 120 verbunden
sind und sich mit dem Rotor mit drehen. Stator-seitige Merkmale
des zweiten Lagerungsabschnitts umfassen wiederum einen Permanentmagnet 420,
der auf einem magnetisierbaren Material 430 angebracht
ist, wobei das Element 430 bei dem in 1b gezeigten
Ausführungsbeispiel torusförmig ist und aus einem
magnetisierbaren Material, wie beispielsweise Eisen, Stahl oder
einem ähnlichen Material gebildet ist. Ferner sind zwei
Luftspalte 431 und 432 gezeigt. Der Luftspalt 431 wird
durch die beiden gegenüberliegenden Permanentmagneten 411, 420 gebildet,
wobei ein Teil der über den Luftspalt sich gegenüberliegenden
Fläche der beiden Magneten Amagnet gezeigt
ist. 1b shows a detailed view of a second storage section according to an embodiment of the present invention. In particular, on a rotor shaft 120 a rotor-side feature 410 arranged, which is a permanent magnet 411 and a range of magnetizable feature 412 having, wherein the permanent magnet 411 and the permanent magnet carrier 412 firmly with the rotor 120 are connected and rotate with the rotor. Stator-side features of the second storage section again comprise a permanent magnet 420 that is on a magnetizable material 430 is attached, wherein the element 430 at the in 1b embodiment shown is toroidal and is formed from a magnetizable material such as iron, steel or a similar material. Furthermore, there are two air gaps 431 and 432 shown. The air gap 431 is through the two opposite permanent magnets 411 . 420 formed, wherein a part of the air gap on the opposite surface of the two magnets A magnet is shown.
Der
zweite Luftspalt 432 wird durch gegenüberliegende
magnetisierbare Materialien definiert und hat eine effektive Überlappungsfläche
Arückschluss, wie es in 1b für
eine Seite eingezeichnet ist. Das Rückschlusselement 430 ist
statisch, also gehört zum Stator und dreht sich nicht mit
dem Rotor. Insofern umfassen der Permanentmagnet 420 sowie
das Element 430 dort, wo die Rotorwelle 120 angeordnet ist,
eine Bohrung, in der sich die Rotorwelle frei drehen kann. Allerdings
ist die Rotorwelle, wie es bereits ausgeführt worden ist,
mit den Rotor-seitigen Merkmalen des zweiten Lagerungsabschnitts 411, 412 fest
verbunden.The second air gap 432 is defined by opposed magnetic materials and has an effective area of overlap A reset circuit, as shown in 1b is drawn for a page. The return element 430 is static, so belongs to the stator and does not rotate with the rotor. In this respect, include the permanent magnet 420 as well as the element 430 where the rotor shaft 120 is arranged, a bore in which the rotor shaft can rotate freely. However, as already stated, the rotor shaft is associated with the rotor-side features of the second storage section 411 . 412 firmly connected.
In 1b ist
ferner eine Steuerungseinrichtung gezeigt, die eine Spule 550,
einen Regler 551 und einen Lagedetektor 552 aufweisen
kann. Der Lagedetektor 552 umfasst eine aktuelle Position
des Rotors bezüglich des Stators auf kapazitivem, induktivem,
optischen oder irgendeinem anderen Weg und liefert einen Ist-Wert über
die Ist-Position beziehungsweise eine Ist-Beziehung zwischen Rotor
und Stator zu dem Regler 551, welcher ferner einen fest einprogrammierten
Sollwert haben kann, oder, wie es in 1b gezeigt
ist, einen Sollwerteingang haben kann, über den ein Benutzer
zu Lagerausrichtungs- beziehungsweise Lagerkalibrierzwecken den
Sollwert eingeben kann.In 1b Furthermore, a control device is shown, which is a coil 550 , a regulator 551 and a location detector 552 can have. The location detector 552 comprises a current position of the rotor with respect to the stator in capacitive, inductive, optical or any other way and provides an actual value about the actual position or an actual relationship between rotor and stator to the controller 551 , which may further have a fixed programmed setpoint, or as shown in 1b is shown may have a setpoint input, via which a user can enter the setpoint for Lagerausrichtungs- or Lagerkalibrierzwecken.
Der
Regler 551 ist ausgebildet, um den Strom durch die Spule 550,
die in 1b aufgeschnitten gezeigt ist,
zu steuern. Bei der in 1b gezeigten Stromrichtung durch
die Spule wird im Inneren der Spule, die die beiden Luftspalte 432, 431 umgibt,
ein Magnetfeld erzeugt, das in 1b nach unten
gerichtet ist. Dieses Magnetfeld wird sich dem in den beiden Luftspalten
vorhandenen Magnetfeld überlagern und dazu führen,
dass die Kraft F verstärkt wird. Da aufgrund der kleineren
Fläche Arückschluss die
nach oben gerichtete Kraft stärker ist als die nach unten
gerichtete Kraft, wird sich der Rotor daher nach oben bewegen. In
diesem Fall hat der Lagedetektor daher eine Position detektiert,
bei der die Rotorwelle zu stark nach unten ausgelenkt war. Ist der Regler 551 dagegen
derart aktiviert worden, dass er eine Spulenerregung liefert, die
einen Strom hat, der zu der in 1b gezeigten
Stromsituation entgegen gerichtet ist, so wirkt das Magnetfeld der
Spule gegen das Magnetfeld in den beiden Luftspalten, und die Magnetkraft
F wird geschwächt. Diese Schwächung geht aufgrund
des Faktors b stärker zulasten der nach oben gerichteten
Kraft, so dass insgesamt betrachtet die nach unten gerichtete Kraft
zunimmt und der Rotor nach unten bewegt wird. Der Lagedetektor hatte
daher eine Position des Rotors 120 detektiert, bei der
der Rotor 120 zu weit bezüglich 1b nach oben
ausgelenkt war. Die vorstehenden Richtungsangaben gelten für
den Fall dass b > 1
ist. Ist b < 1, so
wäre die Fläche des Rückschlusses, die
den Luftspalt 432 definiert, größer als
die Fläche der Permanentmagnete 411, 420,
die den ersten Luftspalt 431 definieren. Für bestimmte
Ausführungsbeispiele wird es jedoch bevorzugt, die Magnetfläche,
also den ersten Luftspalt 431 größer
als die Rückschlussfläche auszulegen.The regulator 551 is designed to handle the current through the coil 550 , in the 1b cut open is shown to control. At the in 1b current direction through the coil is shown inside the coil, which is the two air gaps 432 . 431 surrounds a magnetic field generated in 1b directed downwards. This magnetic field will be superimposed on the existing magnetic field in the two air gaps and cause the force F is amplified. Since due to the smaller area A conclusion, the upward force is greater than the downward force, the rotor will therefore move upward. In this case, the position detector has therefore detected a position in which the rotor shaft was deflected too much down. Is the controller 551 on the other hand, has been activated to provide a coil excitation having a current corresponding to that in 1b shown current situation is directed opposite, the magnetic field of the coil acts against the magnetic field in the two air gaps, and the magnetic force F is weakened. Due to the factor b, this weakening is more heavily loaded by the upward force, so that overall, the downward force increases and the rotor is moved downwards. The position detector therefore had a position of the rotor 120 detected at which the rotor 120 too far regarding 1b was deflected upwards. The above directions apply to the case that b> 1. If b <1, then the surface of the inference, which is the air gap 432 defined, larger than the area of the permanent magnets 411 . 420 that the first air gap 431 define. For certain embodiments, however, it is preferred that the magnetic surface, ie the first air gap 431 larger than the return area.
Bei
dem in 1b gezeigten Ausführungsbeispiel
ist eine Spule gezeigt, die neun Windungen hat. Diese Windungszahl
ist selbstverständlich lediglich schematisch und kann und
wird sehr viel größer sein. Darüber hinaus
können mehrere Windungsschichten nebeneinander angeordnet
sein. So kann der gesamte Bereich, der sich durch das Rückschlusselement
ergibt und bei 560 gezeigt ist, mit einer Spule ausgefüllt
sein. Ferner wird es bevorzugt, eine zylindrische Spule zu nehmen,
da auch der Bereich 560 zylindrisch ist, obgleich dies
nicht zwingend der Fall sein muss. Auch eckige Anordnungen sind
denkbar und je nach Motorimplimentierung sinnvoll.At the in 1b shown embodiment, a coil is shown, which has nine turns. This number of turns is of course only schematic and can and will be much larger. In addition, several winding layers can be arranged next to one another. Thus, the entire area that results from the return element and at 560 is shown filled with a coil. Furthermore, it is preferred to take a cylindrical coil, as well as the area 560 is cylindrical, although this is not necessarily the case. Even angular arrangements are thinking bar and depending on Motorimplimentierung makes sense.
Darüber
hinaus wird es bevorzugt, dass beide Luftspalte in dem Innenbereich
der Spule 550 aufgenommen sind. Es würde jedoch
auch eine ähnliche Wirkung stattfinden, wenn die Spule
nicht beide Luftspalte 431, 432 in sich aufnimmt,
sondern nur einen Luftspalt oder sogar gar keinen Luftspalt, so
lange zumindest eine Komponente des durch die Spule erzeugten Magnetfeldes
parallel zu den Magnetfeldlinien ist, wie sie in den beiden Luftspalten 431, 432 vorliegen
und bei 570 eingezeichnet sind. Es sei darauf hingewiesen,
dass die Richtung der Magnetfeldlinien 570 durch die Polarisierung
der beiden Permanentmagnete 411, 420 festgelegt
wird. Bei den in 1b eingezeichneten Polarisierungsverhältnissen ist
die untere Oberfläche des oberen Permanentmagnet 411 als
Nordpol polarisiert und ist die obere Seite des unteren Permanentmagneten 420 als
Südpol polarisiert. Damit ist das durch die beiden Permanentmagnete 411, 420 gebildete
Permanentmagnetlager ein attraktives Lager, bei dem sich also beide Magnete
anziehen.In addition, it is preferred that both air gaps in the interior of the coil 550 are included. However, a similar effect would also occur if the coil does not have both air gaps 431 . 432 but only an air gap or even no air gap, as long as at least one component of the magnetic field generated by the coil is parallel to the magnetic field lines, as in the two air gaps 431 . 432 present and at 570 are drawn. It should be noted that the direction of the magnetic field lines 570 by the polarization of the two permanent magnets 411 . 420 is determined. At the in 1b plotted polarization ratios is the lower surface of the upper permanent magnet 411 polarized as the north pole and is the upper side of the lower permanent magnet 420 polarized as south pole. This is the result of the two permanent magnets 411 . 420 formed permanent magnet bearings an attractive bearing, in which so tighten both magnets.
Wird
die Polarisierungsrichtung eines der beiden Magneten umgedreht,
so wird aus dem attraktiven Lager ein abstoßendes Lager,
was gleichermaßen ausgeführt werden kann. Dann
muss jedoch zur Lageregelung der Welle 120 die Stromrichtung,
die der Regler 551 liefert, umgedreht werden. Allgemein gesagt
wird jedoch ebenfalls durch die Spule ein Magnetfeld erzeugt, das
sich entweder dem Magnetfeld in den beiden Luftspalten positiv überlagert,
wenn es die selbe Richtung wie das Magnetfeld 570 in den Luftspalten
hat, oder das sich negativ mit dem Magnetfeld 570 überlagert, wenn
es die umgekehrte Richtung hat. Daher muss das Magnetfeld innerhalb der
Spule 550 auch nicht unbedingt vollständig homogen
sein, sondern kann auch andere Komponenten haben. Dadurch wird jedoch
der Wirkungsgrad der Magnetfeldbeeinflussung in den Luftspalten
reduziert, da nur die betragsmäßig parallel zu
dem Magnetfeld 570 ausgerichteten Magnetfeldlinienkomponenten
eine wirksame Steuerung bewirken.If the polarization direction of one of the two magnets is reversed, the attractive bearing becomes a repulsive bearing, which can be carried out in the same way. Then, however, to the position control of the shaft 120 the current direction, the regulator 551 delivers, to be turned around. Generally speaking, however, a magnetic field is also generated by the coil, which either positively superimposes the magnetic field in the two air gaps, if it is the same direction as the magnetic field 570 in the air gaps, or that is negative with the magnetic field 570 superimposed if it has the opposite direction. Therefore, the magnetic field has to be inside the coil 550 also not necessarily be completely homogeneous, but may also have other components. As a result, however, the efficiency of the magnetic field influencing in the air gaps is reduced, since only the amount parallel to the magnetic field 570 aligned magnetic field line components cause effective control.
Darüber
hinaus wird an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Steuerungseinrichtung
nicht unbedingt eine Spule 550 sein muss. Alternativ existieren
beliebige Möglichkeiten, um die Magnetfelder in den beiden
Luftspalten zu beeinflussen, beispielsweise durch eine andere Leiterkonfiguration
als eine Spule oder durch Bewegen eines Permanentmagneten bezüglich
der Luftspalte, damit sich der magnetische Fluss aufgrund des Permanentmagneten
in den Luftspalten ansprechend auf eine Bewegung des Magneten ändert.In addition, it should be noted at this point that the control device is not necessarily a coil 550 have to be. Alternatively, there are any possibilities to influence the magnetic fields in the two air gaps, for example by a conductor configuration other than a coil or by moving a permanent magnet relative to the air gaps to cause the magnetic flux to change due to the permanent magnet in the air gaps in response to movement of the magnet ,
Nachfolgend
wird anhand von 2 die prinzipielle Anordnung
sowohl des zweiten Lagerungsabschnitts als auch eines bevorzugten
ersten Lagerungsabschnitts, welcher ebenfalls als Permanentmagnet-Reluktanzlager
ausgebildet ist, dargelegt. Insofern bezeichnen die selben Bezugszeichen
in 2 bezüglich 1b die
selben Elemente. Der zweite Lagerungsabschnitt ist oben in 2 gezeigt. Beide
Luftspalte d1 und d2 sind
stark vergrößert eingezeichnet. Es wird jedoch
bevorzugt, die Länge des Luftspalts 432, die mit
d1 bezeichnet ist, kleiner als die Länge
des Luftspalts d2 zu machen. Das liegt daran,
dass dann, wenn das Magnetlager in einer Parkposition ist, die Rotorwelle 120 in
eine Parkposition geht, bei der zwei Flächen aufeinander
treffen und sich berühren. Durch Erreichen, dass der Luftspalt
im Rückschluss sowohl im oberen zweiten Lagerungsabschnitt
als auch im unteren ersten Lagerungsabschnitt kleiner als der Luftspalt
zwischen den Magneten ist, wird die Lagerungsposition immer dadurch
erreicht, dass zwei Metallteile und nicht zwei Permanentmagnete
aufeinander treffen. Damit wird eine Beschädigung der Permanentmagnete,
die typischerweise gesinterte Elemente sind und daher eine gewisse
Verletzlichkeit haben, wirksam vermieden.The following is based on 2 the basic arrangement of both the second storage section and a preferred first storage section, which is also designed as a permanent magnet reluctance bearing, set forth. In this respect, the same reference numerals in 2 in terms of 1b the same elements. The second storage section is at the top in FIG 2 shown. Both air gaps d 1 and d 2 are shown greatly enlarged. However, it is preferred that the length of the air gap 432 , which is denoted by d 1 , to make smaller than the length of the air gap d 2 . This is because when the magnetic bearing is in a parking position, the rotor shaft 120 in a parking position, in which two surfaces meet and touch each other. By achieving that the air gap in the conclusion is smaller than the air gap between the magnets both in the upper second storage section and in the lower first storage section, the storage position is always achieved by two metal parts and not two permanent magnets meet. This effectively prevents damage to the permanent magnets, which are typically sintered elements and therefore have some vulnerability.
Andererseits
wird es bevorzugt, die Luftspalte sehr klein zu machen. Um die Sicherheit
zu erreichen, dass bei einer Parkposition nicht zwei Magnete aufeinander
liegen, sondern zwei Metallteile, nämlich 412 und 430 im
zweiten Lagerungsabschnitt, bedeutet ein kleiner Luftspalt zwischen
den Magneten, dass ein noch kleinerer Luftspalt zwischen den Metallteilen 412, 432 ist.
Diese Anforderung ist jedoch relativ unproblematisch zu erfüllen,
da die Metallteile 412 und 430 beziehungsweise
deren Oberflächen durch spanabhebende Verfahren, wie beispielsweise
Drehen oder Fräsen sehr genau ohne größeren
Aufwand hergestellt werden können, während solche
genauen und ebenen Oberflächenstrukturen der Permanentmagnete
aufgrund der Herstellungsverfahren für Permanentmagnete
nicht so preisgünstig erreicht werden können.On the other hand, it is preferred to make the air gaps very small. In order to ensure that in a parking position not two magnets lie on top of each other, but two metal parts, namely 412 and 430 in the second storage section, means a small air gap between the magnets, that an even smaller air gap between the metal parts 412 . 432 is. However, this requirement is relatively unproblematic to meet, since the metal parts 412 and 430 or their surfaces can be produced by machining processes, such as turning or milling very accurately without much effort, while such accurate and even surface structures of the permanent magnets due to the manufacturing process for permanent magnets can not be achieved so inexpensively.
2 zeigt
ferner die Ausbildung des ersten Lagerungsabschnitts, der vorzugsweise
ebenfalls als Reluktanzlager mit zwei Luftspalten 331 und 332 ausgebildet
ist. Der erste Luftspalt 331, dessen Abstand mit d2 bezeichnet ist, wird wieder durch zwei Permanentmagnete 320, 311 gebildet,
und der zweite Luftspalt wird wieder durch Elemente 312, 330 gebildet,
wobei der Rückschluss über den Stator-Eisen-Kreis
erreicht wird. Es sei darauf hingewiesen, dass in beiden Lagerungsabschnitten
der Rückschluss auch über den Rotor gebildet werden
kann, obgleich dies aufgrund der reduzierten bewegten Masse nicht
bevorzugt wird. Aufgrund der Magnetisierung der beiden Magnete 320, 311,
die in 2 beispielhaft eingezeichnet ist, wird der Rotor
durch eine Kraft F1 nach unten gezogen.
Darüber hinaus wirkt eine Kraft a × F1 über
den anderen Luftspalt 332, dessen Abstand mit d1 bezeichnet ist. Aufgrund der Anordnung
des Luftspalts 332 ist die Kraft a × F1 parallel zur Kraft F1 gerichtet,
wobei ferner die Kraft F2 des zweiten Lagerungsabschnitts
ebenfalls nach unten gerichtet ist. Lediglich die Kraft b × F2 ist aufgrund des Luftspalts 432 und
insbesondere aufgrund dessen Anordnung im Eisenkreis nach oben gerichtet. 2 further shows the formation of the first storage section, which preferably also as a reluctance bearing with two air gaps 331 and 332 is trained. The first air gap 331 , whose distance is denoted by d 2 , again by two permanent magnets 320 . 311 formed, and the second air gap is again through elements 312 . 330 formed, with the conclusion about the stator-iron circuit is achieved. It should be noted that in both storage sections of the inference can also be formed via the rotor, although this is not preferred due to the reduced moving mass. Due to the magnetization of the two magnets 320 . 311 , in the 2 is drawn by way of example, the rotor is pulled by a force F 1 down. In addition, a force a × F 1 acts across the other air gap 332 whose distance is denoted by d 1 . Due to the arrangement of the air gap 332 is the force a × F 1 directed parallel to the force F 1 , wherein further the force F 2 of the second storage section is also directed downward. Only the force b × F 2 is due to the air gap 432 and in particular due to its location in the iron circle directed upward.
Es
wird bevorzugt, die Größen a, b so einzustellen,
dass der Rotor in der Null-Position, also wenn seine Ist-Position
gleich der Soll-Position ist, im (metastabilen) Gleichgewicht ist.
Diese Bedingung führt zu der Kräftegleichung,
wie sie bei 580 in 2 gezeigt
ist. Aus der Kräftegleichung ergibt sich dann, wenn die
resultierende Kraft des unteren Lagerungsabschnitts mit F1res angenommen wird, die Design-Regel für
den Wert b. Insbesondere ergibt sich, dass bei den in 2 gezeigten
Richtungen für die Kräfte b größer
als 1 gewählt werden muss, um die Bestimmungsgleichung
für b zu erfüllen.It is preferred to set the magnitudes a, b so that the rotor is in the zero position, ie when its actual position is equal to the desired position, in the (metastable) equilibrium. This condition leads to the equation of forces, as with 580 in 2 is shown. From the equation of forces, if the resulting force of the lower bearing section is assumed to be F 1res , then the design rule for the value b. In particular, it turns out that in the case of 2 shown directions for the forces b greater than 1 must be chosen to satisfy the equation of determination for b.
Es
sei darauf hingewiesen, dass die Kräftegleichung und damit
die Dimensionierung für a und b nicht unbedingt gemäß der
Gleichung 580 gewählt werden muss. Vorteilhaft
ist bei dieser Dimensionierung lediglich, dass ein Strom durch die
Spule nur dann geschickt zu werden braucht, wenn eine Auslenkung
des Rotors aus seiner (metastabilen) Null-Position stattfindet.
Gleichzeitig kann jedoch eine andere Dimensionierung der Größen
a und b genommen werden, wobei dann jedoch bereits im Null-Punkt
ein Strom mit einer bestimmten Stromrichtung durch die Spule 550 von 1b geleitet
werden muss, um das Lager in seiner Null-Position zu halten. Wenn
also konstruktive Gründe bestimmte Dimensionierungsvorschriften
für die Werte a und b nicht ermöglichen, kann
dies gewissermaßen elektronisch durch eine entsprechende
Strombestimmung für die Spule ausgeglichen werden. Allerdings
wird es jedoch dann, wenn solche konstruktiven Gründe nicht vorliegen,
bevorzugt, dass der Rotor stromlos in seiner metastabilen Null-Position
sitzt.It should be noted that the equation of force and thus the sizing for a and b are not necessarily according to the equation 580 must be chosen. It is advantageous in this dimensioning only that a current through the coil needs to be sent only when a deflection of the rotor takes place from its (metastable) zero position. At the same time, however, a different dimensioning of the sizes a and b can be taken, but then already at zero point, a current with a certain current direction through the coil 550 from 1b must be routed to keep the bearing in its zero position. If, therefore, constructional reasons do not permit certain dimensioning rules for the values a and b, this can be compensated to a certain extent electronically by a corresponding current determination for the coil. However, if such constructional reasons are not present, it is preferred that the rotor is normally in its metastable zero position.
3a zeigt
einen Verlauf in sehr schematischer Form, um den Zusammenhang zwischen
der Größe b und der Kraft F2 darzustellen.
Wenn b = 1 ist, wenn also die wirksamen Flächen des Luftspalts 432 und 431 gleich
sind, so ist die resultierende Kraft des zweiten Lagerungsabschnitts
F2res gleich Null, da die beiden Kräfte,
die auf den Rotor wirken, entgegen gesetzt sind und sich gegenseitig
aufheben. Wird b jedoch vergrößert, wird also
die effektive Fläche des Rückschlusses kleiner
als die effektive Fläche der Magnete gemacht, so nimmt
der magnetische Fluss im Luftspalt d1 zu
und damit auch die Kraft, die über diesen Luftspalt auf
den Rotor wirkt. Damit wird die resultierende Kraft F2res > Null und ist in der
Richtung gerichtet, wie sie in 2 eingezeichnet
ist. Eine Vergrößerung des Werts b ist jedoch
nicht beliebig möglich, da irgendwann der Eisenkreis 430 seine
Sättigung beim Luftspalt 432 erreicht. Es hat
sich herausgestellt, dass Faktoren b bis zu zwei erreicht werden können,
ohne dass unerwünschte Sättigungseffekte auftreten. 3a shows a course in a very schematic form to illustrate the relationship between the size b and the force F 2 . If b = 1, ie if the effective areas of the air gap 432 and 431 are the same, the resulting force of the second bearing section F 2res is equal to zero, since the two forces acting on the rotor, are opposed and cancel each other. However, if b is increased, ie if the effective area of the return path is made smaller than the effective area of the magnets, then the magnetic flux in the air gap d 1 increases and thus also the force acting on the rotor via this air gap. Thus, the resulting force F 2res > zero and is directed in the direction as in 2 is drawn. However, an increase in the value b is not possible at will, since at some point the iron circle 430 its saturation at the air gap 432 reached. It has been found that factors b up to two can be achieved without undesirable saturation effects.
Nachfolgend
wird bezugnehmend auf 3b auf die allgemeine Stabilisierung
der beiden Permanentmagnetlager gemäß dem in 4 gezeigten
bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Rotor-/Stator-Kombination
mit Motorabschnitt Bezug genommen. Insbesondere ist ein erstes Permanentmagnetlager
mit zwei gegenüber liegenden Magneten 311, 320 im
ersten Lagerungsabschnitt 300 gezeigt. Das zweite Permanentmagnetlager
mit den beiden Magneten 411, 420 für
den zweiten Lagerungsabschnitt ist ebenfalls eingezeichnet. Bei
dem in 3b gezeigten Ausführungsbeispiel
sind beide Permanentmagnetlager anziehend ausgebildet, die Permanentmagnete 311, 320 sind
somit so polarisiert, dass sie anziehend sind. Das selbe gilt für
die Permanentmagnete 411, 420, die ebenfalls als
anziehende Permanentmagnetlager ausgebildet sind.Hereinafter, referring to 3b on the general stabilization of the two permanent magnet bearings according to the in 4 shown preferred embodiment of a rotor / stator combination with motor section reference. In particular, a first permanent magnet bearing with two opposing magnets 311 . 320 in the first storage section 300 shown. The second permanent magnet bearing with the two magnets 411 . 420 for the second storage section is also shown. At the in 3b shown embodiment, both permanent magnet bearings are attractively formed, the permanent magnets 311 . 320 are so polarized that they are attractive. The same applies to the permanent magnets 411 . 420 , which are also designed as attractive permanent magnet bearings.
Die
Anordnung der beiden Permanentmagnetlager in den Lagerungsabschnitten 300, 400 bewirkt
eine Stabilisierung des Rotors 120 in x-z-Richtung gemäß der
Koordinatendefinition, die in 3b angegeben
ist. Das Lager ist jedoch in y-Richtung instabil beziehungsweise
metastabil. Es wird daher eine Regelung in der y-Richtung verwendet,
wie sie schema tisch in 1b durch die Elemente 550, 551, 552 erörtert
worden ist. Bei dem in 3b gezeigten Ausführungsbeispiel
wird es bevorzugt, dass die Magnete 311, 320 Magnetscheiben
ohne Bohrung oder nur mit einer kleinen Bohrung sind und einen relativ kleinen
Außendurchmesser haben, während, wie es noch bezugnehmend
auf 4 erläutert wird, die Magnetscheiben 411, 420 des
zweiten Lagerungsabschnitts Magnetringe mit einer großen
Bohrung und mit einem relativ großen Durchmesser sind.
Diese Eigenschaft bewirkt insbesondere dann, wenn der Außendurchmesser
der Magnetscheibe 311 kleiner als der Innendurchmesser
der Magnetscheibe 420 beziehungsweise als der Innendurchmesser
der Bohrung der Magnetscheibe 420 ist, einen einfachen
Zusammenbau des Motors beziehungsweise der Rotor-/Stator-Kombination,
da der Rotor durch den zweiten Lagerungsabschnitt hindurch geschoben und
somit einfach lediglich durch Zusammenschieben montiert werden kann.
Eine Bohrung in den Magnetscheiben 311, 320 des
ersten Lagerungsabschnitts 300 wird nur dann benötigt,
wenn zur Montage ein Führungsstab eingesetzt wird, durch
den das Zusammenschieben von Rotor und Stator erfindungsgemäß erleichtert
wird. Wird jedoch eine andere Montageform eingesetzt, so ist eine
derartige Bohrung in den Magneten 311, 320 nicht
nötig, da kein Führungsstab verwendet wird.The arrangement of the two permanent magnet bearings in the storage sections 300 . 400 causes a stabilization of the rotor 120 in the xz-direction according to the coordinate definition, which in 3b is specified. However, the bearing is unstable or metastable in the y-direction. Therefore, a control in the y-direction is used as shown schematically in FIG 1b through the elements 550 . 551 . 552 has been discussed. At the in 3b In the embodiment shown, it is preferred that the magnets 311 . 320 Magnetic disks are without bore or only with a small bore and have a relatively small outer diameter, while, as it still referring to 4 is explained, the magnetic disks 411 . 420 of the second bearing section are magnetic rings with a large bore and a relatively large diameter. This property is particularly effective when the outer diameter of the magnetic disk 311 smaller than the inner diameter of the magnetic disk 420 or as the inner diameter of the bore of the magnetic disk 420 is a simple assembly of the motor or the rotor / stator combination, since the rotor can be pushed through the second storage section and thus can be mounted simply by pushing together. A hole in the magnetic disks 311 . 320 of the first storage section 300 is only required if a guide rod is used for mounting, by the pushing together of rotor and stator is facilitated according to the invention. However, if another form of installation is used, such a hole is in the magnet 311 . 320 not necessary, as no management staff is used.
Darüber
hinaus wird es bevorzugt, wie es in 4 gezeigt
ist, die Rotorwelle 120 mit einer mittleren Bohrung 600 zu
versehen. Diese Bohrung 600 befindet sich nicht nur in
der Rotorwelle 620, sondern auch in den beiden Magnetscheiben 311, 320 und
in dem Rückschlusselement 330 in 4.
Die Bohrung im Rückschlusselement 330 und in der
Magnetscheibe 320 ist mit 605 bezeichnet.In addition, it is preferred as it is in 4 shown is the rotor shaft 120 with a middle bore 600 to provide. This hole 600 is not only in the rotor shaft 620 but also in the two magnetic disks 311 . 320 and in the inference element 330 in 4 , The hole in the return element 330 and in the magnetic disk 320 is with 605 designated.
Nachfolgend
wird bezugnehmend auf 4 eine perspektivische Ansicht
der Rotor-/Stator-Kombination dargestellt, die ferner einen Motorabschnitt beziehungsweise
die Motorzone 500 aufweist, wo Rotor-seitige Motorelemente
und Stator-seitige Motorelemente vorhanden sind. Der Motorab schnitt 500 wird
je nach Ansteuerung der Rotor-/Stator-seitigen Merkmale entweder
tatsächlich als Motor, oder aber auch als Generator wirken.
Der Motorabschnitt 500 wird dann als Generator wirken,
wenn die Rotorwelle 120 mechanisch angetrieben wird, wobei
diese Rotationsenergie dann in elektrische Energie umgewandelt wird.
Wird die Rotorwelle 120 dagegen durch den Motorabschnitt 500 angetrieben,
so führt dies dazu, dass die elektrische Energie in Rotationsenergie
umgesetzt wird, die dann durch das Rotorrad 110 (1a)
wieder in mechanische Energie umgesetzt wird.Hereinafter, referring to 4 a perspective view of the rotor / stator combination shown, further comprising a motor portion and the motor zone 500 where rotor-side engine elements and stator-side engine elements are present. The Motorab section 500 Depending on the control of the rotor / stator-side features, it will either actually act as a motor or else as a generator. The engine section 500 will then act as a generator when the rotor shaft 120 is mechanically driven, this rotational energy is then converted into electrical energy. Will the rotor shaft 120 By contrast, through the engine section 500 driven, this causes the electrical energy to be converted into rotational energy, which is then transmitted through the rotor wheel 110 ( 1a ) is converted back into mechanical energy.
Der
Stator ist in 4 insbesondere mit einem Statorgehäuse 250 gezeigt,
mit dem der Eisenkreisrückschluss 330, das Stator-seitige
Motormerkmal 520 und der Eisenkreisrückschluss 430 des zweiten
Lagerungsabschnitts verbunden ist. Ferner umfasst das Statorgehäuse
eine vorzugsweise flüssigkeitsdichte Abdichtung 260,
die schematisch in 4 eingezeichnet ist, und die
eine Abdichtung des Bereichs innerhalb des Statorgehäuses 250 und
des Bereichs außerhalb des Statorgehäuses 250 erreicht.The stator is in 4 in particular with a stator housing 250 shown with the iron circuit conclusion 330 , the stator-side engine feature 520 and the iron circuit conclusion 430 the second storage section is connected. Furthermore, the stator housing comprises a preferably liquid-tight seal 260 that is schematically in 4 is drawn, and a sealing of the area within the stator housing 250 and the area outside the stator housing 250 reached.
Das
Stator-seitige Motormerkmal 520 umfasst eine Anzahl von
z. B. 16 Polschuhen, die in 4 schematisch
gezeigt sind. Die Polschuhe sind mit Statorwicklungen versehen.
Den Polschuhen gegenüber angeordnet finden sich bei dem
in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel vier
Permanentmagnete, die die Rotor-seitigen Merkmale bilden. Die Permanentmagnete
sind gegenüberliegend polarisiert, also so, dass zwei über
die Rotorwelle 120 gegenüberliegende Magnete die
selbe Polarisierung haben, wobei z. B. von zwei gegenüberliegenden
Permanentmagneten die Nordpole mit der Rotorwelle verbunden sind
und von den beiden anderen gegenüberliegenden Permanentmagneten
die Südpole mit der Rotorwelle 120 verbunden sind.
Eine Drehung der Welle wird dadurch erreicht, dass die Stator-Wicklungen
aufeinander folgend erregt werden. Dann ist der Motorabschnitt 500 als
Synchronmotor ausgebildet. Alternative Motorkonzepte können ebenfalls
durch Einsetzen entsprechender alternativer Rotor-/Stator-Merkmale beziehungsweise
alternativer Ansteuerschaltungen zum Ansteuern der Rotor-/Stator-Merkmale
erreicht werden.The stator-side engine feature 520 includes a number of z. B. 16 pole shoes, in 4 are shown schematically. The pole pieces are provided with stator windings. Located opposite the pole shoes can be found in the in 4 shown embodiment, four permanent magnets that form the rotor-side features. The permanent magnets are polarized opposite each other, so that two on the rotor shaft 120 opposite magnets have the same polarization, wherein z. B. of two opposite permanent magnets, the north poles are connected to the rotor shaft and of the other two opposite permanent magnets, the south poles with the rotor shaft 120 are connected. Rotation of the shaft is achieved by energizing the stator windings consecutively. Then the engine section 500 designed as a synchronous motor. Alternative engine concepts can also be achieved by employing corresponding alternative rotor / stator features or alternative drive circuits to drive the rotor / stator features.
Um
eine Montage durch Zusammenschieben zu erreichen, ist der Außendurchmesser
der Rotor-seitigen Motorabschnittsmerkmale 510 kleiner
als der Innendurchmesser der Stator-seitigen Merkmale des zweiten
Lagerungsabschnitts 420. Da dies für den unteren
Abschnitt 490 des Eisenkreises 430 nicht erfüllbar
ist, ist der untere Abschnitt 490 des Eisenkreises 430 abnehmbar
gestaltet. Zum Zwecke der Montage wird daher der untere Abschnitt 490 des Statorrückflusselements 430 abnehmend
ausgebildet und dann, wenn der Rotor eingeführt ist, aufgesetzt.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Befestigung des
Abschnitts 490 durch Schrauben oder andere Befestigungsmaßnahmen
erfolgen kann. Allerdings existiert auch die Möglichkeit,
dieses Element einfach aufzusetzen, vorzugsweise geführt durch
spezielle Führungsstifte oder andere Führungsmerkmale
wie Kerben oder Erhöhungen, da aufgrund der Magnetkraft
der Permanentmagnete und der inneren Wirkung des Eisenkreises durch
das Rückschlusselement 430 eine feste und stabile
Befestigung erreicht wird, ohne dass Schrauben oder etwas ähnliches
benötigt werden.To achieve assembly by telescoping, the outer diameter of the rotor-side engine section features 510 smaller than the inner diameter of the stator-side features of the second storage section 420 , As for the lower section 490 of the iron circle 430 is not achievable, is the lower section 490 of the iron circle 430 removable. For the purpose of assembly, therefore, the lower section 490 of the stator reflux element 430 formed decreasing and then, when the rotor is inserted, put on. At this point it should be noted that the attachment of the section 490 can be done by screws or other fastening measures. However, there is also the possibility of simply mounting this element, preferably guided by special guide pins or other guide features such as notches or elevations, because due to the magnetic force of the permanent magnets and the inner action of the iron circuit through the return element 430 a solid and stable attachment is achieved without the need for screws or the like.
Das
Rotorrad 110 wird, wie es in 1a gezeigt
ist, bezugnehmend auf 4 unten an der Welle befestigt,
beispielsweise an einem Befestigungsabschnitt 610 der Rotorwelle,
auf den das Rotorrad 110 beispielsweise aufgesteckt, aufgeschraubt
oder alternativ angeordnet werden kann, wie beispielsweise durch
eine einstückige Fertigung.The rotor wheel 110 will, as it is in 1a is shown with reference to FIG 4 attached to the bottom of the shaft, for example on a mounting portion 610 the rotor shaft, on which the rotor wheel 110 for example, plugged, screwed or alternatively can be arranged, such as by a one-piece production.
5a zeigt
eine Ansicht der Rotor-/Stator-Kombination, die als Elektromotor
ausgebildet ist. 5b zeigt ferner einen Schnitt
entlang der Linie AA von 5A. 5B zeigt
ferner ebenso wie 4 einen Ring 370 auf
dem Eisenkreis im ersten Lagerungsabschnitt und einen Ring 470 auf
dem Eisenkreis im zweiten Lagerungsabschnitt, und zwar insbesondere
jeweils an dem Rückschluss-Luftspalt. Dieser Ring ist dann,
wenn der Eisenkreis z. B. aus Stahl oder Eisen gebildet ist, aus
Kupfer hergestellt. Dieser Ring wirkt als Wirbelstrombremse, um
ein ”Torkeln” der Drehbewegung der Welle zu dämpfen. Wie
es bezugnehmend auf 3b dargestellt worden ist, stabilisieren
die beiden Permanentmagnetlager den Rotor in x-z-Richtung. Allerdings
um dieses ”Torkeln” der Drehbewegung der Welle
zu dämpfen, sind die Ringe 470, 370 als
Wirbelstrombremse angeordnet. Findet ein solches ”Torkeln” der
Drehbewegung statt, so wird andauernd ein Stator-seitiger Bereich
des Rückschlusses, in dem der Ring 370 beziehungsweise
der Ring 470 angeordnet ist, von Magnetfeldlinien durchflossen
oder nicht durchflossen. Diese Änderung des magnetischen
Flusses über der Zeit bewirkt eine Induktion von Wirbelströmen
in den Ringen 370, 470. Da die Scheiben 370, 470 aus
Kupfer gebildet sind, haben sie einen geringen Ohmschen Widerstand
und erlauben daher einen hohen Strom, der eine hohe Verlustleistung
bewirkt, die sich in Wärme auswirkt. Diese Wärme
wird über den Stahl- beziehungsweise Eisenrückschluss 430 beziehungsweise 330 effektiv
als gute Wärmesenke abgeführt. Die dadurch abgeführte
Energie ist die Energie, die aufgrund der Torkelbewegung vorhanden
ist. Daher wird durch diese Bereitstellung der Wirbelstrombremse 370, 470 eine
Stabilisierung der Drehbewegung des Rotors erreicht, da die Energie,
die in dem Torkeln des Rotors 120 steckt, andauernd in
Wärme umgesetzt und damit abgeführt wird. 5a shows a view of the rotor / stator combination, which is designed as an electric motor. 5b further shows a section along the line AA of 5A , 5B further shows as well 4 a ring 370 on the iron circle in the first storage section and a ring 470 on the iron circle in the second storage section, in particular each at the return air gap. This ring is when the iron z. B. made of steel or iron, made of copper. This ring acts as an eddy current brake to dampen a "staggering" of the rotational movement of the shaft. As related to 3b has been shown, the two permanent magnet bearings stabilize the rotor in the xz direction. However, to dampen this "staggering" of the rotary motion of the shaft, the rings are 470 . 370 arranged as eddy current brake. If such a "tumble" of the rotational movement takes place, so is constantly a stator-side region of the conclusion, in which the ring 370 or the ring 470 is arranged, traversed by magnetic field lines or not flowed through. This change in magnetic flux over time causes induction of eddy currents in the rings 370 . 470 , Because the discs 370 . 470 Made of copper, they have a low ohm Resistance and therefore allow a high current, which causes a high power loss, which has a heat effect. This heat is transmitted via the steel or iron yoke 430 respectively 330 effectively dissipated as a good heat sink. The energy dissipated thereby is the energy that exists due to the Storkelbewegung. Therefore, by this provision, the eddy current brake 370 . 470 a stabilization of the rotational movement of the rotor is achieved because the energy in the staggering of the rotor 120 infected, constantly converted into heat and thus dissipated.
5b zeigt
ferner im Motorabschnitt 500 die Rotor-seitigen Permanentmagnete 510 und
angedeutet über einen Motor-Luftspalt 530 die
Statorwicklungen 520. Darüber hinaus ist im zweiten
Lagerungsabschnitt der Stator-Deckel 490 gezeigt, der vor
der Montage des Rotors im Stator abzunehmen ist und dann, wenn der
Rotor montiert ist, aufzusetzen ist. Wie in 5B ist
auch in 4 die Steuerspule 550 nicht
eingezeichnet. 5b also shows in the engine section 500 the rotor-side permanent magnets 510 and indicated via a motor air gap 530 the stator windings 520 , In addition, in the second storage section, the stator lid 490 shown, which is to be removed before mounting the rotor in the stator and then, when the rotor is mounted, is to be put on. As in 5B is also in 4 the control coil 550 not shown.
Nachfolgend
wird bezugnehmend auf 6 eine prinzipielle Anordnung
der Wärmepumpe beschrieben, in der die erfin dungsgemäße
Rotor-/Stator-Kombination vorzugsweise eingesetzt werden kann. Eine
Wärmepumpe umfasst einen Verdampfer 800, der über
einen ersten Gaskanal 810 mit einem Verdichter 820 verbunden
ist, welcher wiederum über einen zweiten Gaskanal 830 mit
einem Verflüssiger 840 verbunden ist. Zwischen
dem Verflüssiger 840 und dem Verdampfer 800 kann
eine Ausgleichsleitung 850 vorgesehen sein, in einem offenen
System ist dies allerdings nicht unbedingt nötig.Hereinafter, referring to 6 a basic arrangement of the heat pump described, in which the inven tion proper rotor / stator combination can be preferably used. A heat pump includes an evaporator 800 that has a first gas channel 810 with a compressor 820 is connected, which in turn via a second gas channel 830 with a condenser 840 connected is. Between the condenser 840 and the evaporator 800 can be a compensation line 850 However, this is not absolutely necessary in an open system.
In
der ersten Gasleitung 810 befindet sich ein Gas mit niedrigem
Druck und niedriger Temperatur, das im Verdichter auf ein Gas mit
hohem Druck und hoher Temperatur verdichtet wird, wobei im Verflüssiger
wieder Energie entzogen wird, um z. B. eine Gebäudeheizung
durchzuführen. Insbesondere dann, wenn als Arbeitsflüssigkeit
Wasser verwendet wird und das Gas in Form von Wasserdampf vorliegt,
sind hohe Verdichterleistungen erforderlich, derart, dass vorzugsweise
die erfindungsgemäße Rotor-/Stator-Kombination
mit einem Rotorrad eingesetzt wird, das die Verdichtungsleistung
liefert. Dieses Rotorrad kann als Radialrad ausgeführt
sein, kann jedoch auch alternativ ausgebildet sein, um durch Drehung in
dem Gasstrom eine Verdichtung des Gasstroms und damit eine Temperaturerhöhung
des Gasstromes zu erreichen. Da der Motor ein Elektromotor ist, um
das Rotorrad 110 (1a) anzutreiben,
ist der Verdichter als elektrisch betriebener Verdichter in 6 eingezeichnet,
der mit einer Arbeitsspannung versorgt wird.In the first gas line 810 is a low-pressure, low-temperature gas that is compressed in the compressor to a gas at high pressure and high temperature, wherein the condenser is de-energized again, for. B. perform a building heating. In particular, when water is used as the working fluid and the gas is in the form of water vapor, high compressor outputs are required, such that preferably the rotor / stator combination according to the invention is used with a rotor wheel that provides the compaction performance. This rotor wheel can be designed as a radial wheel, but can also be designed alternatively to achieve a compression of the gas stream and thus an increase in temperature of the gas stream by rotation in the gas stream. Since the motor is an electric motor to the rotor wheel 110 ( 1a ) is the compressor as an electrically operated compressor in 6 drawn, which is supplied with a working voltage.
Das
Rotorrad 110 ragt somit in den ersten Gaskanal 810 beziehungsweise
in den zweiten Gaskanal 830 hinein. Bei einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Bohrung 600 durchgehend,
so dass in die Bohrung 600 unkomprimiertes Gas vom Gaskanal 810 oder
komprimiertes Gas vom Gaskanal 830 eintritt. Vorzugsweise
ist die Bohrung jedoch so angeordnet, dass kühles Gas vom
Gaskanal 810 eintritt. Dieses Gas führt dazu,
dass der Innenraum des Motors gekühlt wird. Das Gas kann
sich insbesondere über den Luftspalt im ersten Lagerungsabschnitt 332 in
den Innenraum ausbreiten, und zwar in den Innenraum des ersten Lagerungsabschnitts.
Ferner sind vorzugsweise Kühlungsgasöffnungen 660 vorgesehen,
um auch andere Bereiche und insbesondere den zweiten Lagerungsabschnitt mit
Gas zu kühlen.The rotor wheel 110 thus protrudes into the first gas channel 810 or in the second gas channel 830 into it. In one embodiment of the present invention, the bore is 600 continuous, leaving the hole 600 uncompressed gas from the gas channel 810 or compressed gas from the gas channel 830 entry. Preferably, however, the bore is arranged so that cool gas from the gas channel 810 entry. This gas causes the interior of the engine to be cooled. The gas can in particular through the air gap in the first storage section 332 spread in the interior, in the interior of the first storage section. Further, preferably, cooling gas openings 660 provided to also cool other areas and in particular the second storage section with gas.
Sind
außerhalb des Gehäuses 250 andere Druckverhältnisse,
so wird vorzugsweise die Bohrung 605 verschlossen, und
ist ferner auch das Gehäuse druckdicht ausgebildet. Anstatt
eines kompletten Verschlusses der Bohrung 605 kann jedoch
auch ein Ventil vorgesehen werden, das einen definierten Durchfluss
von Gas nach außen erlaubt, um einen Durchfluss zu haben,
durch den Wärme aus dem Inneren der Rotor-/Stator-Kombination
abgeführt werden kann.Are outside the case 250 other pressure conditions, so is preferably the bore 605 closed, and also the housing is also pressure-tight. Instead of a complete closure of the hole 605 however, a valve may be provided which allows a defined outward flow of gas to have a flow through which heat can be removed from inside the rotor / stator combination.
Nachfolgend
wird bezugnehmend auf 7 ein Flussdiagramm für
ein Verfahren zum Herstellen einer Rotor-/Stator-Kombination dargestellt.
Der Rotor und der Stator sind nach erfolgter Herstellung so angeordnet,
dass sich der Rotor in dem Stator drehen kann. Insbesondere hat
die Rotor-/Stator-Kombination einen ersten Lagerungsabschnitt in
einem ersten Bereich des Rotors und einen zweiten Lagerungsabschnitt
in einem zweiten Bereich des Rotors, wobei der erste oder der zweite
Lagerungsabschnitt vorzugsweise ein Permanentlager haben, wobei
alternativ auch andere Lagerkonzepte eingesetzt werden können.
Insbesondere ist der erste Lagerungsabschnitt so ausgebildet, dass
eine erste Kraft in einer ersten Richtung auf den Rotor ausgeübt
wird, und insbesondere ist auch der zweite Lagerungsabschnitt so
ausgeführt, dass eine zweite Kraft in einer zweiten Richtung
auf den Rotor ausgeübt wird, wobei die zweite Richtung
der ersten Richtung entgegen gesetzt ist.Hereinafter, referring to 7 a flowchart for a method for producing a rotor / stator combination shown. The rotor and the stator are arranged after production so that the rotor can rotate in the stator. In particular, the rotor / stator combination has a first bearing portion in a first region of the rotor and a second bearing portion in a second region of the rotor, wherein the first or the second bearing portion preferably have a permanent bearing, wherein alternatively other bearing concepts can be used. In particular, the first bearing portion is configured such that a first force is exerted on the rotor in a first direction, and in particular, the second bearing portion is configured such that a second force is applied to the rotor in a second direction, the second direction the first direction is opposite.
In
einem Schritt 700 werden zunächst der Rotor mit
Lagerungsabschnittmerkmalen bereitgestellt. Darüber hinaus
wird auch der Stator mit Lagerungsabschnittmerkmalen bereitgestellt.In one step 700 First, the rotor with bearing portion features are provided. In addition, the stator is also provided with storage section features.
Hierauf
wird in dem Stator ein Montagestab 710 angebracht. Der
Montagestab erstreckt sich in dem Stator vorzugsweise mittig und
ist in der Bohrung 605 am vorderen Ende des Stators, wie
es in 4 gezeigt ist, befestigt. In einem Schritt 720 wird dann
der Rotor, der eine mittlere Bohrung 600 hat, auf den Montagestab,
der in 4 nicht gezeigt ist, aufgeschoben. Hierzu wird,
wenn das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel
montiert werden soll, von dem Stator jedoch zunächst der
Deckel 490 entfernt, um ein Aufschieben zu erreichen. Dann,
wenn das Aufschieben fertig gestellt ist, wird der Deckel 490 aufgesetzt,
um den Magnetkreis des zweiten Lagerungsabschnitts, der mit 430 in 4 gezeigt
ist, zu schließen. Dieses Verschließen des Stators
ist in 7 mit 730 bezeichnet. Bei anderen Rotor-/Stator-Kombinationen
kann das Verschließen des Stators unter Umständen
nicht erforderlich sein, wenn der Stator so gebildet ist, dass eine
Motormontage ohne Zerlegung des Stators möglich ist. In
einem Schritt 740 wird dann der Montagestab entfernt, indem
die Befestigung des Montagestabs in der Bohrung 605 des
Stators beispielsweise gelöst wird und der Montagestab
dann gezogen wird. In einem Schritt 750 kann dann das Montageloch 605 verschlossen werden,
wenn dies nötig ist, um z. B. eine druckdichte Abdichtung
des Innenraums gegenüber dem Außenraum der Rotor-/Stator-Kombination
zu erreichen.This is followed by a mounting bar in the stator 710 appropriate. The mounting rod preferably extends centrally in the stator and is in the bore 605 at the front end of the stator as it is in 4 shown attached. In one step 720 then the rotor, which is a middle hole 600 has, on the assembly staff, in 4 not shown postponed. For this purpose, if the in 4 embodiment shown to be mounted, of the stator, however, first the lid 490 removed to achieve a postponement. Then, when the postponement is completed, the lid becomes 490 mounted to the magnetic circuit of the second storage section, with 430 in 4 shown is close. This closing of the stator is in 7 With 730 designated. In other rotor / stator combinations, closing the stator may not be necessary if the stator is formed to allow motor assembly without disassembling the stator. In one step 740 then the mounting bar is removed by attaching the mounting bar in the hole 605 the stator is released, for example, and the mounting rod is then pulled. In one step 750 can then the mounting hole 605 be closed if necessary, for. B. to achieve a pressure-tight seal of the interior relative to the outer space of the rotor / stator combination.
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