DE102008021587B3 - Magnetic bearing for use in machine i.e. electrical machine, has superconducting material whose part is arranged between pairs of axially and radially magnetized secondary magnets provided for axially and radially magnetized primary magnets - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetlager,
- – wobei das Magnetlager einen ersten und einen zweiten Lagerteil aufweist, die auf Grund von zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerteil wirkenden Magnetkräften relativ zueinander berührungsfrei um eine Drehachse drehbeweglich sind,
- – wobei der erste und der zweite Lagerteil auf Grund der Magnetkräfte, bezogen auf die Drehachse, relativ zueinander sowohl axial als auch radial stabil gehalten sind,
- – wobei der erste Lagerteil ausschließlich aus als Permanentmagnete ausgebildeten Primärmagneten besteht,
- – wobei die Primärmagnete in Form eines Halbacharrays angeordnet sind, so dass die Primärmagnete alternierend radial und axial magnetisiert sind und
- – wobei der zweite Lagerteil für jeden Primärmagneten jeweils mindestens einen als Permanentmagnet ausgebildeten Sekundärmagneten aufweist.
- Wherein the magnetic bearing has a first and a second bearing part, which are rotatable relative to each other without contact about a rotational axis due to acting between the first and the second bearing part magnetic forces,
- - Wherein the first and the second bearing part due to the magnetic forces, relative to the axis of rotation, are held relative to each other both axially and radially stable,
- Wherein the first bearing part consists exclusively of primary magnets designed as permanent magnets,
- - Wherein the primary magnets are arranged in the form of a Halbacharrays, so that the primary magnets are alternately radially and axially magnetized and
- - Wherein the second bearing part for each primary magnet each having at least one formed as a permanent magnet secondary magnet.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine, wobei die Maschine mindestens zwei derartige Magnetlager aufweist und in den Magnetlagern eine Welle der Maschine relativ zu einem Grundkörper der Maschine drehbar gelagert ist.The The present invention further relates to a machine, in particular an electric machine, the machine having at least two such Magnetic bearing and in the magnetic bearings, a shaft of the machine relative to a main body the machine is rotatably mounted.
Magnetlager
sind allgemein bekannt. Beispielsweise ist ein Magnetlager der eingangs
genannten Art aus der
Aus
der
- – wobei das Magnetlager einen ersten und einen zweiten Lagerteil aufweist, die auf Grund von zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerteil wirkenden Magnetkräften relativ zu einander berührungsfrei um eine Drehachse drehbeweglich sind,
- – wobei der erste und der zweite Lagerteil auf Grund der Magnetkräfte, bezogen auf die Drehachse, relativ zueinander sowohl axial als auch radial stabil gehalten sind,
- – wobei der erste Lagerteil ausschließlich aus als Permanentmagnete ausgebildeten Primärmagneten besteht,
- – wobei die Primärmagnete in Form eines Halbacharrays angeordnet sind.
- Wherein the magnetic bearing has a first and a second bearing part, which are rotatable relative to each other without contact about a rotational axis due to acting between the first and the second bearing part magnetic forces,
- - Wherein the first and the second bearing part due to the magnetic forces, relative to the axis of rotation, are held relative to each other both axially and radially stable,
- Wherein the first bearing part consists exclusively of primary magnets designed as permanent magnets,
- - Wherein the primary magnets are arranged in the form of a Halbacharrays.
Bei diesem Magnetlager umfasst der zweite Lagerteil supraleitendes Material, das im gleichen Axialbereich angeordnet ist wie die Primärmagnete und mit den Primärmagneten zusammenwirkt.at this magnetic bearing, the second bearing part comprises superconducting material, which is arranged in the same axial region as the primary magnets and with the primary magnets interacts.
Aus
der
- – wobei das Magnetlager einen ersten und einen zweiten Lagerteil aufweist, die auf Grund von zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerteil wirkenden Magnetkräften relativ zueinander berührungsfrei um eine Drehachse drehbeweglich sind,
- – wobei der erste und der zweite Lagerteil auf Grund der Magnetkräfte, bezogen auf die Drehachse, relativ zueinander sowohl axial als auch radial stabil gehalten sind,
- – wobei der erste Lagerteil ausschließlich aus als Permanentmagnete ausgebildeten Primärmagneten besteht.
- Wherein the magnetic bearing has a first and a second bearing part, which are rotatable relative to each other without contact about a rotational axis due to acting between the first and the second bearing part magnetic forces,
- - Wherein the first and the second bearing part due to the magnetic forces, relative to the axis of rotation, are held relative to each other both axially and radially stable,
- - Wherein the first bearing part consists exclusively of permanent magnets designed as a primary magnet.
Bei diesem Magnetlager umfasst der zweite Lagerteil sowohl mit den Primärmagneten zusammenwirkende Sekundärmagnete als auch supraleitendes Material, das mit den Primärmagneten zusammenwirkt.at This magnetic bearing comprises the second bearing part with both the primary magnet cooperating secondary magnets as well as superconducting material associated with the primary magnet interacts.
Aus
der
Lager von Maschinen können alternativ berührend oder berührungsfrei ausgebildet sein. Berührungsfreie Lager können hierbei insbesondere durch aktive oder passive Magnetlager gebildet werden. Die Anforderungen an Magnetlager sind
- – positive Steifigkeit zur Stabilisierung eines Rotors (im Sinne eines beliebigen um eine Achse drehbaren Elements) im Arbeitspunkt,
- – erforderliche Tragkraft zur Aufnahme einer statischen Last (insbesondere der Gewichtskraft des Rotors) und
- – Dämpfungseigenschaften zur Beruhigung von Schwingungen.
- Positive stiffness for stabilizing a rotor (in the sense of any element rotatable about an axis) at the operating point,
- - Required carrying capacity for receiving a static load (in particular the weight of the rotor) and
- - Damping properties to calm vibrations.
Eine Variante passiver Magnetlager sind hierbei supraleitende Magnetlager. Der Vorteil supraleitender Magnetlager liegt in der komplett passiven Stabilisierung des Rotors und der damit einhergehenden Ausfallsicherheit. Nachteilig ist die relativ geringe spezifische Tragkraft, die mit derartigen Lagern erreichbar ist. Passive Magnetlager mit supraleitendem Material sind daher im Stand der Technik nur für relativ geringe Maschinengewichte einsetzbar.A Variant of passive magnetic bearings are superconducting magnetic bearings. The advantage of superconducting magnetic bearings lies in the completely passive stabilization of the rotor and the associated reliability. adversely is the relatively low specific carrying capacity associated with such Storage is achievable. Passive magnetic bearing with superconducting material are therefore in the prior art only for relatively low machine weights used.
Eine weitere Variante passiver Magnetlager sind permanentmagnetische Lager. Permanentmagnetische Lager können jedoch prinzipbedingt nicht in allen Richtungen eine positive Steifigkeit aufweisen. Mindestens ein Freiheitsgrad ist immer instabil. Andererseits lassen sich mit permanentmagnetischen Lagern Kräfte erzeugen, die erheblich größer als die Kräfte supraleitender Magnetlager sind. Die Kräfte kommen in die Größenordnung von Tragkräften, die mit aktiven Magnetlagern erreichbar sind.A Another variant of passive magnetic bearings are permanent magnetic Camp. Permanent magnetic bearings can, however, inherently do not have positive stiffness in all directions. At least one degree of freedom is always unstable. On the other hand, can be with permanent magnetic bearings forces generate that much larger than the forces Superconducting magnetic bearing are. The forces come in the order of magnitude of carrying forces, which can be reached with active magnetic bearings.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Magnetlager zu schaffen, das ausschließlich aus passiven Komponenten besteht und dennoch eine hohe Tragkraft aufweist, so dass das Lager auch für hohe Belastungen ausgelegt ist.The The object of the present invention is a magnetic bearing to create that exclusively consists of passive components and still has a high load capacity so that the bearing is also designed for high loads is.
Die Aufgabe wird durch ein Magnetlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung des er findungsgemäßen Magnetlagers ist Gegenstand des abhängigen Anspruchs 2.The The object is achieved by a magnetic bearing with the features of the claim 1 solved. An advantageous embodiment of he inventive magnetic bearing is the subject of the dependent Claim 2.
Das erfindungsgemäße Magnetlager ist dadurch gekennzeichnet,
- – dass der zweite Lagerteil für jeden axial magnetisierten Primärmagneten jeweils ein Paar axial magnetisierter Sekundärmagnete aufweist und zwischen den Sekundärmagneten jedes Paares axial magnetisierter Sekundärmagnete jeweils ein Teil des supraleitenden Materials angeordnet ist und/oder
- – dass der zweite Lagerteil für jeden radial magnetisierten Primärmagneten jeweils ein Paar radial magnetisierter Sekundärmagnete aufweist und zwischen den Sekundärmagneten jedes Paares radial magnetisierter Sekundärmagnete jeweils ein Teil des supraleitenden Materials angeordnet ist.
- - That the second bearing part for each axially magnetized primary magnet each having a pair of axially magnetized secondary magnets and between the secondary magnet of each pair of axially magnetized secondary magnets is arranged in each case a part of the superconducting material and / or
- - That the second bearing part for each radially magnetized primary magnet each having a pair of radially magnetized secondary magnets and between the secondary magnet of each pair of radially magnetized secondary magnets is arranged in each case a part of the superconducting material.
Im Regelfall umgibt der zweite Lagerteil den ersten Lagerteil, bezogen auf die Drehachse, radial außen.in the As a rule, the second bearing part surrounds the first bearing part, based on the axis of rotation, radially outside.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Maschine gelöst, welche mindestens zwei derartige Magnetlager aufweist, wobei in den Magnetlagern eine Welle der Maschine relativ zu einem Grundkörper der Maschine drehbar gelagert ist. Die Maschine kann insbesondere als elektrische Maschine ausgebildet sein. Die Drehachse der Magnetlager kann insbesondere horizontal verlaufen.The Task is further solved by a machine which has at least two such magnetic bearing, wherein in the magnetic bearings, a shaft the machine rotatably supported relative to a main body of the machine is. The machine can be designed in particular as an electrical machine. The axis of rotation of the magnetic bearing can in particular be horizontal.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:Further Advantages and details will become apparent from the following description of exemplary embodiments. In a schematic representation:
Gemäß
Soweit
nachfolgend die Begriffe „axial”, „radial” und „tangential” verwendet
werden, sind sie stets auf die Wellen- bzw. Drehachse
Die
Maschine weist gemäß
Die
Magnetlager
Gemäß den
Bei
der Ausgestaltung gemäß
Bei
der Ausgestaltung gemäß
Bei
der Ausgestaltung gemäß
Bei
jeder der Ausgestaltungen der
Zwischen
dem ersten Lagerteil
Das
erfindungsgemäße Magnetlager
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