DE1472410C - Magnetisches Schwebelager fur einen Läufer mit senkrechter Achse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Schwebelager für einen Läufer mit senkrechter Achse, insbesondere für einen Elektrizitätszähler-Läufer, an dem Teile aus paramagnetischem und dianiagnetischem Werkstoff derart angeordnet sind, daß der paramagnetische Teil durch sein Zusammenwirken mit einem feststehenden Magneten den Läufer in der Schwebe hält und der diamagnetische Teil durch sein Zusammenwirken mit einem feststehenden Magneten den Läufer in allen Richtungen quer zu seiner Achse stabilisiert.

Ein magnetisches Schwebelager dieser Art ist durch die deutsche Patentschrift 976 997 bekanntgeworden.

Das bekannte Schwebelager ist baulich wie folgt ausgebildet: Es weist für den diamagnetischen Teil einen feststehenden Magneten in Form eines Topfmagneten auf, mit einem kräftigen Dauermagneten als Mittelkern und mit nach oben gekehrter Topfoff im ng, und über den vom Rand und dem Mittelkern des Topfmagneten gebildeten, engen Ringspalt ist als diamagnetischer Teil ein Ring, z.B. aus Graphit, angeordnet, der am unteren Ende der Läuferachse koaxial zu dieser angebracht ist. Am oberen Ende der Läuferachse ist, koaxial zu ihr, ein paramagnetischer Teil in Form eines zylindrischen Dauermagneten'angebracht, der sich mit Abstand innerhalb eines kräftigen, feststehenden Magnetringes befindet. Letzterer zieht den paramagnetischen Teil nach oben und hält dadurch den Läufer samt allen an ihm angebrachten Teilen in der Schwebe. Auch der ringförmige diamagnetische Teil wird von dem Feld im Ringspalt des Topfmagneten nach oben gedrückt. Diese Aufwärtskraft ist zwar zu klein, um zur Anhebung des Läufers nennenswert beitragen zu können; da sie aber auf dem gesamten Umfang des Ringes gleichmäßig wirksam ist, so wirkt sie als Stabilisierungskraft zur Erhaltung der Senkrechtstellung der Läuferachse bzw. des Gleichgewichtes des Läufers.

Da bei dem bekannten Schwebelager jeder der beiden feststehenden Magnete ein kräftiges Magnetfeld aufbringen muß, so stellen diese beiden Magnete einen nicht unerheblichen Aufwand dar.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Aufwand wesentlich zu verringern.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es gar nicht notwendig ist, die beiden feststehenden Magnete an den Enden der Läuferachse, also in einer weiten Entfernung voneinander, anzuordnen, sondern daß auch bei kleinerer Entfernung die stabilisierende Wirkung des diamagnetischen Teiles des Schwebelagers durchaus ausreichend sein kann.

Die Erfindung lehrt daher, ein magnetisches Schwebelager für einen Läufer mit senkrechter Achse, insbesondere für den Läufereines Elektrizitätszählers, erfindungsgemäß so auszubilden, daß sowohl der paramagnetische Teil als auch der diamagnetische Teil mit ein und demselben feststehenden Magneten zusammenwirkt.

Für die Ausbildung eines solchen Schwebelagers gibt es verschiedene Möglichkeiten, von denen einige besonders vorteilhafte in der Zeichnung dargestellt sind. Einander in den Figuren der Zeichnung entsprechende Einzelteile sind jeweils mit den gleichen Bezugs/eichen versehen.

Das in Fig. 1 gezeigte Sehwcbelager nach der Erfindung besteht aus einem paramagnetischen Teil 1, einem diamagnetischen Teil 2 und einem feststehenden Magnet 3, der als Topfmagnet mit nach oben gekehrter Topföffnung ausgebildet ist und zwischen seinem Mittelkern und dem Topfrand den Ringspalt 30 aufweist. Der Mittelkern des Topfmagneten ist im dargestellten Falle mit einem scheibenförmigen PoI-schuh versehen, so daß dieser die freie Stirnfläche des Mittelkernes bildet, doch kann ein solcher Polschuh in F i g. 1 und ebenso auch in allen folgenden Figuren gewünschtenfalls auch fortgelassen werden. Der paramagnetische Teil 1 besteht aus einem stabförmigen

ίο Dauermagnet, der an seinem oberen Ende die Läuferscheibe 4 eines Elektrizitätszählers trägt. An seinem unteren Ende ist er mittels einer unmagnetischen Scheibe 20 mit dem ringförmigen diamagnetischen Teil 2 verbunden. Der Teil 2 ist wie bei dem eingangs genannten bekannten Schwebelager beispielsweise ein Graphitring und dem Ringspalt 30 so vorgelagert, daß er auf seinem ganzen Umfang von dem Magnetfeld in dem Luftspalt 30 nach oben gedrängt wird. Der Mittelkern des Topfmagneten 3 ist ein kräftiger Dauermagnet. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die beiden Teile 1 und 3 so zueinander angeordnet, daß sich die beiden Magnete mit gleichnamigen Polen — in der Zeichnung mit ihren Nordpolen — gegenüberstehen und sich damit gegenseitig abstoßen.

Andererseits ist infolge der Stabform des Teiles 1 die Entfernung des oberen Pols des Teiles 1 von den Polen des Teiles 3 groß genug, daß kein störendes Zusammenwirken zwischen ihnen auftreten kann. Die Magnete der Teile 1 und 3 sind kräftig genug bemessen, um durch ihre Abstoßungskraft die Läufer- -scheibe4 samt den mit ihr verbundenen Teilen 1, 2 und 20, also den gesamten Läufer, in der Schwebe zu halten. Die Abstoßungskraft zwischen dem Teil 2 und dem Magnetfeld im Ringspalt 30 dagegen bewirkt die Stabilisierung des Läufers.

Das Ausführungsbeispiel in Fig. 2 unterscheidet sich von dem in F i g. I zunächst einmal dadurch, daß er Mittelkern des Topfmagneten 3 an seiner Stirnfläche eine Ausnehmung 31 aufweist, in die der als Stabmagnet ausgebildete paramagnetische Teil 1 mit seinem die Scheibe 20 durchdringenden, unteren Ende hineinragt. Hierdurch ist die Abstoßungskraft zwischen den Teilen L und 3 noch vergrößert. Im dargestellten Falle ist die Ausnehmung 31 in dem scheibenförmigen Polschuh des Mittelkernes vorgesehen; wenn kein Polschuh verwendet wird, kann die Ausnehmung 31 auch unmittelbar in der Stirnfläche des als Dauermagnet ausgebildeten Mittelkernes vorgesehen werden.

Ferner ist in F i g. 2 dem Stabmagnet des paramagnetischen Teiles noch ein zusätzlicher, im dargestellten Falle ringförmiger Dauermagnet 10 mit umgekehrter Polung hinzugefügt. Der Magnet 10 ist in F i g. 2 beispielhaft durch nichtmagnetische Stege 100 mit dem Teil 1 und damit auch mit der Läuferscheibe 4 zu einer Baueinheit verbunden, er kann aber auch in anderer Weise mit den Teilen 1 und 4 verbunden sein. Durch die umgekehrte Polung der beiden Dauermagnete ergibt sich eine Anziehung zwisehen den Teilen 10 und 3, die der Abstoßungskraft zwischen den Teilen 1 und 3 entgegenwirkt. Der Magnet 10 ist so bemessen und angeordnet, daß die Anziehungskraft die Abstoßungskraft nur teilweise aufhebt. Hierdurch wird eine Verglcichmäßigung der den Läufer anhebenden bzw. in der Schwebe haltenden Abstoßungskraft bei unterschiedlicher Höhenlage des Läufers erreicht: Bei zunehmender Läuferhöhe nehmen zwar beide Kräfte ab; die Anziehungs-

kraft nimmt aber schwächer ab als die Abstoßungskraft, so daß sich eine Stabilisierung der Schwebelager des Läufers ergibt.

Die in Fig. 2 gezeigte Verwendung eines zusätzlichen Dauermagneten 10 mit umgekehrter Polung für den paramagnetischen Teil des Schwebelagers ist an das ebenfalls in F i g. 2' gezeigte Eindringen des paramagnetischen Teiles 1 in eine Ausnehmung 31 des Topfmagneten 3 nicht gebunden; sie kann also beispielsweise auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, 3 und 5 vorgesehen werden. In Fig. 2 ist der sich abstoßende Magnet stabförmig und der sich anziehende Magnet ringförmig vorgesehen; es kann aber auch umgekehrt sein.

Das Ausführungsbeispiel in F i g. 3 unterscheidet sich von dem in F i g. 1 dadurch, daß hier anstatt der Läuferscheibe 4 eine Läufertrommel 40 vorgesehen ist, die unmittelbar auf der Scheibe 20 sitzt. Im übrigen aber hat das Schwebelager in F i g. 3 die gleiche Ausbildung und Wirkungsweise wie in Fig. 1. Gewünschtenfalls kann auch in Fig. 3 der Teil 1 ebenso wie in F i g. 2 in eine Ausnehmung 31 des Mittelkernes des Topf magneten hineinragen.

Daß sich im Inneren eines Trommelläufers gewöhnlich Teile des Zählertriebsystems befinden, braucht die in F i g. 3 gezeigte Unterbringung des paramagnetischen Teiles 1 im Inneren des Trommelläufers nicht zu stören, wie in F i g. 4 gezeigt ist. F i g. 4 setzt ein Schwebelager nach F i g. 3 voraus, von dessen in F i g. 3 gezeigten Einzelheiten in F i g. 4 nur der paramagnetische Teil 1 und der Trommelläufer 40 in Grundrißansicht wiedergegeben ist. Die übrigen Teile in Fig. 4 bilden das Triebsystem des Zählers: Dieses besteht aus dem im Inneren des Trommelläufers 40 angeordneten ferromagnetischen Kerns 41 in Form eines Doppel-T, der auf seinem Mittelschenkel die Stromspule 42 des Triebsystems trägt und damit das Stromeisen des Triebsystems bildet, und außerhalb des Trommelläufers 40 ist ein aus zwei spiegelbildlich aneinander gesetzten Teilen bestehendes Spannungseisen43 angeordnet, das mit zwei Spannungsspulen 44 versehen ist. Die Polstirnfläche der Teile 41 und 43 sind um 90° gegeneinander versetzt angeordnet und erstrecken sich auf fast den gesamten Umfang der Trommel, so daß sie auf die Läuferachse keine störenden Seitenkräfte zur Folge haben. Der Mittelteil des ferromagnetischen Kernes bzw. Stromeisens 41 weist eine Unterbrechung 45 auf, die den paramagnetischen Teil 1 mit Abstand umschließt. Die Unterbrechung 45 ist einerseits für das Triebsystem von Vorteil, da sie die Induktivität der Stromeisen im Sinne der 90°-Abgleichung verringert, und andererseits hat sie keine störende Einwirkung auf den Teil 1, da sie diesen nur quer zu seiner Magnetachse magnetisiert.

Bei allen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes können der als Dauermagnet ausgebildete paramagnetische Teil 1 bzw. 10 und der ebenfalls als Dauermagnet ausgebildete Mittelkern des Teiles 3 aus beliebigem Magnetwerkstoff bestehen. Beispielsweise können diese Teile aus Bariumferrit bestehen. Vorteilhafter ist es aber, nur den Teil 1 bzw. 10 aus Bariumferrit herzustellen, das eine kleine Dichte hat, und für den feststehenden Magnet des Teiles 3 als Werkstoff AlNiCo zu wählen. Hierdurch wird der verhältnismäßig große Temperaturfehler des Bariumferrits nur etwa halb so groß wirksam wie bei der Verwendung von Bariumferrit für beide Magnete, während man den dann noch verbleibenden Temperaturfehler durch eine Temperaturkompensation nur am feststehenden Magneten beseitigen kann. Wie eine solche Temperaturkompensation vorgesehen werden kann, ist in F i g. 5 in einem Beispiel gezeigt.

Fig. 5 unterscheidet sich von Fig. 1 dadurch, daß in die Stirnfläche des Mittelkernes des Topfmagneten ein Ring 32 eingelassen ist, der aus einer Thermolegierung besteht. Der Ring 32 könnte aber, statt in die Stirnfläche eingelassen zu sein, auf diese auch aufgesetzt, z. B. aufgeklebt, sein. Wie es an den in F i g. 5 eingezeichneten Kraftlinien des Topfmagneten zu erkennen ist, geht der den Ringspalt 30 des Topfmagneten durchsetzende Magnetfluß unterhalb des Ringes 32 vorbei, so daß er von diesem unbeeinflußt bleibt; der den Ringspalt 30 übergreifende Streufluß dagegen durchsetzt den Ring 32 und wird durch diesen bei ansteigender Temperatur verstärkt. Für den diamagnetischen Teil 3 braucht keine Temperaturkompensation vorgesehen zu werden.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Magnetisches Schwebelager für einen Läufer mit senkrechter Achse, insbesondere für einen Elektrizitätszähler-Läufer, an dem Teile aus paramagnetischem und diamagnetischem Werkstoff derart angeordnet sind, daß der paramagnetische Teil durch sein Zusammenwirken mit einem feststehenden Magneten den Läufer in der Schwebe hält und der diamagnetische Teil durch sein Zusammenwirken mit einem feststehenden Magneten den Läufer in allen Richtungen quer zu seiner Achse stabilisiert, dadurch geke η η zeichnet, daß sowohl der paramagnetische Teil (1,10) als auch der diamagnetische Teil (2) mit ein und demselben feststehenden Magneten (3) zusammenwirkt.

2. Schwebelager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der paramagnetische Teil (1,10) ein Dauermagnet ist.

3. Schwebelager nach Anspruch! und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der paramagnetische Teil (1,10) aus Bariumferrit und der feststehende Magnet (3) aus AlNiCo besteht.

4. Schwebelager nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der paramagnetische Teil (1,10) aus einer Kombination zweier Dauermagnete besteht, in solcher Ausbildung und Anordnung, daß sich der eine Dauermagnet (1) mit dem feststehenden Magnet (3) gegenseitig abstößt, während sich der andere Dauermagnet (10) mit dem feststehenden Magnet (3) gegenseitig anzieht, bei solcher Bemessung der Abstoßungs- und der Anziehungskraft, daß die Anziehungskraft schwächer als die Abstoßungskraft ist.

5. Schwebelager nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Streuflusses des feststehenden Magneten ein Körper aus einem die Temperaturabhängigkeit des Magneten kompensierenden Werkstoff, z. B. aus einer Thcrmolegierung, angeordnet ist.

6. Schwebelager nach Anspruch 5, wobei der feststehende Magnet als Topfmagnet ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die Temperaturabhängigkeit kompensierende Körper in

Form eines Ringes an der Stirnfläche des Mittelkernes des Topfmagneten angeordnet, vorzugsweise in sie eingelassen ist. ■ .

7. Schwebelager nach Anspruch 1 bis 6, wobei der feststehende Magnet als Topfmagnet mit nach oben gekehrtem Rihgspalt ausgebildet und über diesem Ringspalt der in Form eines zur Läuferachse koaxialen Ringes ausgebildete diamagnetische Teil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der paramagnetische Teil als ein zur Läuferachse koaxialer Stabmagnet ausgebildet ist und dem Mittelkern des Topf magneten gleichpolig gegenübersteht.

8. Schwebelager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der paramagnetische Teil in eine Ausnehmung in der Polstirnfläche des Mittelkernes des Topfmagneten hineinragt.

9. Schwebelager nach Anspruch 1 bis 8 für einen Elektrizitätszähler mit Scheibenläufer, dadurch gekennzeichnet, daß der paramagnetische Teil die den diamagnetischen Teil mit dem Scheibenläufer verbindende Läuferachse bildet und an seinem unteren Ende den diamagnetischen Teil trägt.

10. Schwebelager nach Anspruch 1 bis 8 für einen Elektrizitätszähler mit Trommelläufer, dadurch gekennzeichnet, daß der diamagnetische Teil außen am Trommelläufer angebracht und der paramagnetische Teil innerhalb des Trommelläufers angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen