DE1750602C3 - Magnetische Lagerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Lagerung zahlen. Eine Schwingungsdämpfung in radialer Richeines mit ferromagnetischen Teilen versehenen Ro- tung ist nicht vorgesehen.

tors an einem feststehenden Teil ohne Berührung Es sind ferner Lagerungen bekannt geworden, bei

Zwischen diesen, wobei am feststehenden Teil wenig- denen Permanent-Ringmagnete am Stator mit Perstens ein Axial-Stabilisierungsmagnet angeordnet ist, 5 manentmagneten am Rotor zusammenwirken, um der ein Magnetfeld mit einer axialen Komponente eine gewisse radiale Stabilisierung zu bewirken. Die erzeugt, wobei wenigstens eine elektromagnetisch axiale Stabilisierung wird aktiv durch von Fühlern wirkende Radial-Stabilisierungseinrichtung vorgese- gesteuerte Elektromagnete bewirkt, die durch axiale hen ist, £te ^{von emem} Steuergerät beaufschlagte Anziehung ein stabilisierendes Moment ausüben. Elektromagnete besitzt, die ferromagnetische Teile 10 Diese Lager erfordern Permanentmagnete am Rotor, Rotor beeinflussende Magnetfelder erzeugen. die die Herstellungskosten und das Rotorgewicht

Zweck von magnetischen Lagerungen ist es, dreh- erhöhen und die Drehzahlfestigkeit negativ beeinbare Teile (Rotoren) ohne mechanischen Kontakt flüssen. Die zur Steuerung der axialen Position erforzum feststehenden Teil zu lagern, so daß keine Lager- derliche magnetische Anziehung des Rotors nach reibung und kein Verschleiß auftritt und insbesondere 15 unten erhöht unnötig den Energieaufwand der Lageksine Schmiermittel zum Betrieb der Lagerung nötig rung.

sind Das Anwendungsgebiet liegt daher insbesondere Außerdem sind Lagerungen bekannt geworden, bei

bei Lagerungen von Rotoren mit extrem hoher Dreh- denen Magnetkräfte zur Entlastung der mechanischen zahl und/oder bei solchen Rotoren, die im Vakuum Lager beitragen. Diese Lagerungen benötigen jedoch laufen oder die unmittelbar mit aggressiven Gasen in 20 alle wenigstens ein mechanisches Lager, dessen Rprührune kommen, die mechanische Lager zer- Lebensdauer begrenzt ist und das Schmiermittel usw. stören würden. erfordert. Insofern können diese Magnetentlastungen

Es ist eine Lagerung der eingangs erwähnten Art das vorliegende Problem nicht lösen, b-kannt geworden, die zwei auf jeder Seite an die Es ist beispielsweise eine magnetische Lagerent-

Stirnflächen des Rotors angrenzende, aktiv geregelte, 25 lastung bekannt geworden, bei der die axiale huntopfförmige Elektromagnete besitzt, die mit End- rung des horizontalen Rotors von mechanischen scheiben des Rotors zu dessen axialer Stabilisierung Lagern ailein übernommen wird, während in radialer zusammenarbeiten. Zusätzlich sind Radial-Stibilisie- Richtung geregelte magnetische Lagerentlastung mngseinrichtungen vorgesehen, die die durch magne- vorgesehen ist. Diese besteht je Lagerebene aus vier tische Scherkräfte bewirkte Radial-Stabilisierung 30 um den Rotor l.crum angeordneten Permanentmagnedurch die Axiallager unterstützen. Die Axial- und ten, von denen jeder eine nahezu geschlossene Hut-Radial-Lagerelemente sind bei dieser bekannten eisenform hat. Auf jedem Permanentmagneten ist Lagerung als Wechselspannungs-Resonanzkreislager eine elektrische Wicklung angebracht. Zwei von ausgebildet besitzen also keine Fühler, sondern wer- ihnen wirken lediglich als Fühler, wahrend die zwei den durch Verstimmung eines Resonanzkreises ge- 35 anderen den Rotor durch Magnetfeidanderungen recelt Derartige Lager haben jedoch den wesent- entgegen seiner Schwerkraft radial lagern, bie werlichen Nachteil, daß der Rotor ständig von magneti- den durch ein Gleichspannungs-Steuergerat geregelt, sehen Wechselfeldern durchsetzt ist, die starke Dieses Lager arbeitet nicht berührungsfrei und be-Wirbelstrom- und Hystereseverluste erzeugen, er- seitigt nicht die zu vermeidenden Nachteile meenawärmend auf den Rotor einwirken. Außerdem ist 4° nischer oder teilmechanischer Lagerungen (achmieeine Lagejustierung des Rotors schlecht möglich. rungs-, Drehzahl- Lebensdauer-Probleme usvv^) Es Ferner ist die konstruktive Gestaltung des Rotors hat sehr große Lagerverluste durch Wi.bels rome Srch beschränkt, daß die Anordnung von End- und Hysterese, da keine homogene MagnetfeldyercrhXn notwendta ist teilung über den Rotorumfang zu erreichen ist und

Esist beieS efne Lagerung bekannt geworden, 45 die Llgerelemente zu einer sehr starken Polausb.lbei der ein Läufer, dessen Durchmesser größer ist dung neigen.

Rotors horizontal angeordnet ist und zwischen zwei gelost, daß der ^Ax'al-^bi sierungsmag

als Ausgangssignal an die Elektromagnete abgegeben zurückgestellt und die Schwingungen gedämpft. Nach werden, deren Magnetfelder am Rotor eine Rück- einer anderen Ausführungsform kann die magnetische stell-Kraftkomponente zur Zurückstellung des Rotors Lagerung derart ausgebildet sein, daß bei einem aus der abweichenden Position in die Sollposition Rotor mit im wesentlichen vertikaler Achse der und eine gegenüber der Rückstell-Kraftkomponente 5 Axial-Stabilisierungsmagnet auf den Rotor an einer um eine viertel Schwingungsperiode vorauseilende oberhalb des Rotorschwerpunktes liegenden Stelle phasenverschobene Dämpfungs-Kraftkomponente er- einwirkt und die in einer zweiten radialen Ebene zeugen, die den durch Kreiselwirkung des Rotors angeordnete weitere Radial-Stabilisierungseinrichtung entstehenden Rotorauslenkungen entgegenwirkt und aus einem im Bereich des unteren Rotorendes am alle Schwingbewegungen des Rotors in radialer Rieh- io Rotor angeordneten Magneten besteht, der ein zur tung dämpft. Rotorachse rotationssymmetrisches Magnetfeld er-

Es wird also eine völlig berührungsfreie magneti- zeugt, das ein elektrisch leitendes Teil am feststehensche Lagerung geschaffen, die es erlaubt, auch den Teil durchsetzt. Bei dieser Ausführungsform kann Rotoren mit im wesentlichen vertikaler Achse an in dem Sonderfall der vertikalen Rotorachse ein einem Axial-Stabilisierungsmagneten mit konstantem >o aktiv geregeltes Radiallager entfallen und damit der Magnetfeld, beispielsweise einem Permanentmagne- Aufwand der Gesamtlagerung herabgesetzt werden, ten, aufzuhängen, und zwar sowohl bei Stillstand als Bei dieser Anordnung benötigt der Rotor, da er sich auch bei hohen Drehzahlen. auf Grund des stabilen Gleichgewichts, in dem er sich

Eine Steuerung der Magnetfeldstärke des Axial- als ein oberhalb seines Schwerpunktes aufgehängter Stabilisierungsmagneten ist nicht zwingend erforder- ao Körper befindet, an seinem unteren Ende in horilich. Lediglich die seitlichen Abweichungen und zontaler Richtung keine rückführenden Kräfte, da Schwingungen werden durch gesteuerte elektromagne- dort nur die Rotorschwingungen gedämpft werden tische Mittel, beispielsweise Elektromagnete, aktiv müssen. Am unteren Rotorende kann dazu ein zurückgestellt und gedämpft. Erstaunlicherweise sind axialmagnetisierter Permanentmagnet in Form eines sowohl der Aufwand für die Steuerung als auch die »5 Stab- oder Ringmagneten mit Metallummantelung benötigte Leistung sehr gering, obwohl die Radial- vorgesehen sein, der die Rotorschwingungen des un-Stabilisierungseinrichtungen den sehr starken destabi- teren Rotorendes nach dem an sich bekannten Prinlisierenden Kräften des oder der Axial-Stabilisie- zip der Wirbelstrombremse im Zusammenwirken mit rungsmagneten entgegenwirken müssen. So konnte einer am feststehenden Teil der Lagerung befindlichen eine Lagerung geschaffen werden, die beispielsweise 30 Metallscheibe dämpft.

zur Lagerung eines Rotors von 2 kp Gewicht nur eine Vorzugsweise enthält das Steuergerät eine die

Leistung von 6 W pro radialer Ebene benötigt. Auch Magnetisierungsströme beeinflussende Einstellvordie Widerstände gegen Drehung, das heißt die »La- richtung zur Justierung der radialen Lager des Rogerreibung«, sind sehr gering, da es möglich ist, das tors. Durch ein solches Stellglied, z. B. ein einfaches Magnetfeld der Radiallager sehr homogen auszubil- 35 Potentiometer, ist eine Einstellung des Rotors in die den und das verwendete gleichstromgespeiste Steuer- günstigste radiale Position möglich. Es ist insbesongerät keine prinzipiellen Lager-Leistungsverluste dere möglich, die Drehachse des Rotors auch wähbewirki und eine sehr anpassungsfähige Regelung rend seines Laufes in eine Lage zu bringen, die mit sehr guter Dämpfung schafft. Die zeitlichen den geringsten Lagerwiderstand und die geringste Änderungen des den Rotor durchfließenden Magnet- 40 Erwärmung des Rotors gewährleistet,
feldes werden so klein wie möglich gehalten und Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsweitgehend auf die reinen »Regelausschläge« des form der Erfindung kann der Axial-Stabilisierungsmagnetischen Gleichfeldes beschränkt. magnet ein Permanentmagnet sein, dessen Magnet-Weitere Vorteile sind eine fast vollständige War- feld im Rotorluftspalt in Umfangsrichtung im wesenttungsfreiheit und die große Haltbarkeit, da kein 45 liehen homogen ist und eine Komponente in Achs-Verschleiß entsteht. Besondere Vorteile bietet die richtung des Rotors aufweist. Durch diese Ausbildung Lagerung für alle Zwecke, bei denen hohe Drehzahl werden verschiedene Vorteile erreicht. Auch bei Dre- und lange Lebensdauer erforderlich sind und die hung des Rotors treten in diesem keine wesentlichen Rotoren in möglichst dicht abgeschlossenen Behäl- zeitlichen Änderungen der Magnetfeldstärke auf, tern laufen sollen. Dies ist der Fall bei der Lage- 5° so daß keine Wirbelströme oder Hystereseverluste rung von Rotoren im Vakuum und/oder aggressiven auftreten können. Bei sehr hohen Drehzahlen ist dies Medien. Ein weiterer Vorteil ist die Schmiermittel- ein wesentliches Merkmal, da es nicht nur Antriebsfreiheit des Lagers. Bei den bisherigen mechanischen energie spart, sondern vor allem auch eine unzulässige Lagern von Vakuumpumpen od. dgl. bildete die Ver- Erwärmung des Rotors verhindert Die Ausbildung dampfung der Schmiermittel em großes Problem. Es 55 als Permanentmagnet hat den Vorteil erheblicher mußten extra Pumpen eingesetzt werden, die die Energieeinsparung und großer Betriebssicherheit. Schmiermitteldämpfe abführten. Mit dem Lager Ferner wird in jedem Falle verhindert, daß durch nach der Erfindung sind bereits Drehzahlen von Strom- oder Spannungsschwankungen in der Spei-50 000 UpM anstandslos erreicht worden. Durch die sung des Elektromagneten zeitliche Magnetfeldändebeschriebenen Vorteile eignet sich die Lagerung 60 rangen in Rotorteilen auftreten, die zu den oben nach der Erfindung auch insbesondere für sehr beschriebenen Energieverlusten im Antrieb und zu schnell laufende Zentrifugen. Wärmeentwicklung sowie zu unerwünschten Rotor-Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfin- verschiebungen führen können.

dung ist im geeigneten axialen Abstand von der ersten Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfin-

Radiai-Stabilisierungseinrichtung eine weitere Radial- 65 dung ist der Axial-Stabilisierungsmagnet als ein am Stabilisienmgseinrichtung vom gleichen Typ vorge- feststehenden Teil angebrachter, das mit ihm zusamsehen. Hierdurch werden eventuelle Auslenkungen menwirkende Rotorteil umfassender Ringmagnet des Rotors auch in a;r zweiten Lagerebene aktiv ausgebildet Hierdurch kann das eigentliche Rotor-

ende von Lagerungsteilen freigehalten werden. Für mieden werden. Ferner brauchen am Steuergerät viele Anwendungszwecke ist dies sehr vorteilhaft. keine aufwendigen Maßnahmen zum Unterdrücken beispielsweise für die Einspeisung von Gasen in den der hochfrequenten Anteile der Steuersignale geRotor usw. Insbesondere bei sehr großen Lagcrab- troffen zu werden. Ferner erleichtert diese Anordmessungen kann es sich als zweckmäßig erweisen, 5 nung die Möglichkeit einer vakuumdichten Abtrenwenn nach einem vorteilhaften Merkmal der Axial- nung des Rotorraums von der magnetischen Lage-Stabilisierungsmagnet aus mehreren Teilmagneten rung.

besteht. Falls die Frcihaltung des Rotorendes in dem Diese vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch speziellen Anwcndungsfallc keine wesentliche Rolle möglich, daß das magnetische Lager nach der Erspielt, so kann der Axial-Slabilisierungsmagnet vor- i° lindung mit geregelten magnetischen Gleichlcldern. teilhaft als ein in ein hohles Teil des Rotors hinein- das heißt mit einem Gleichstrom-Steuergerät arbeitet, ragender Stabmagnet ausgebildet sein. Hierdurch laß! Bei den bekannten Wechselspannungslagern würden sich das Lager besonders kompakt bauen. durch die Hülsen aus elektrisch leitendem Material

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der die zur Regelung notwendigen hochfrequenten Ma-

Erfindung kann bei einer magnetischen Lagerung, bei 15 gnetfeider ausgefiltert werden, so daß das Lager außer

der die Radial-Slabilisierungseinrichtung in einer Betrieb gesetzt werden würde.

radialen Ebene 4 am feststehenden Teil angebrachte Die oben erwähnten berührungslosen Fühler kön-

Eleklromagncte besitzt, vorteilhaft jedem der Elek- nen vorteilhaft an sich bekannte induktive, kapazi-

tromagnetc ein Fühler so zugeordnet sein, daß er die tive oder lichtelektrische Wegaufnehmer sein. Die

Rotorauslenkung in Richtung der Magnetkraft des 20 berührungslose¹! Fühler messen sowohl translato-

jeweiligen Elektromagneten fühlt. Hierdurch läßt sich rische Verschiebungen der Rotorachsc aus einer

das Steuergerät besonders einfach aufbauen, da die vorgegebenen, zentrischen Lage als auch Pendel-,

Fühlcrsignale unmittelbar den zugehörigen Elektro- Präzessions- und Nutationsbewcgungen bzw. andere

magneten zugeordnet werden können. Sehwingbewcgungen der Rotorachse. Diese Meß-

Bei einer vorteilhaften Ausbildung der Lagerung 25 werte werden in den nachfolgenden, elektronischen

kann der Rotor wenigstens im Bereich des Axial- Zwischengliedern, insbesondere einem Verstärker

Stabilisierungsmagneten einen Ring aus ferromagnc- und einem Phasenschieber, verstärkt und zeitlich so

tischem Material besitzen. Ferner kann nach einem phasenverschoben, daß die daraus in den zugeordne-

wcitcren bevorzugten Merkmal wenigstens ein Ende ten Elektromagneten erzeugten Magnetfelder und die

des Rotors als Hohlzylinder aus fcrromagnetischem 30 aus diesen resultierenden Magnetkräfte in zwei Kom-

Matcrial ausgebildet sein. ponenten zerlegbar sind. Die Komponente der Sta-

Es ist vorteilhaft, wenn der mit den Radial-Stabi- bilisicrungsmagnctkräfte, die phasengleich zur Bewelisicrungseinriehtungen zusammenwirkende ferroma- gung des Rotors ist. macht eine translatorische gnetischc Teil des Rotors aus voneinander isolierten. Verschiebung der Rotorachse aus ihrer vorgegebenen, wirbelstrom- und hystereseverlustarmcn. überein- 35 zentrischen Lage rückgängig. Die zweite Komponente andergeschichteten Blechringen (Transformatoren- der Sta'uilisierungsmagnctkraftc ist jeder Schwingblechen) besteht, die durch ringförmige Rotorteile bewegung des Rotors gegenüber zeitlich um eine gehalten sind. Wegen der zeitlichen Änderung des viertel Schwingungsperiodc vorauseilend phasenver-Magnetfeldes in den Stabilisierungseinrichtungen tre- schoben und dämpft damit die Schwingbewegung der ten in diesen Rotorteilcn zwangläufig gewisse Wirbel- 4° Rotorachse.

strom- und Hystereseverluste auf. die durch diese Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in Anordnung auf ein Minimum beschränkt werden den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenkönnen. Vergleichbare Vorteile bietet ein Merkmal. den näher erläutert. Es zeigt

nach dem der mit den Stabilisicrungseinrichtungen A b b. 1 A einen schematischen Längsschnitt durch

zusammenwirkende ferromagnetische Teil des Rotors 45 einen in einem Vakuumbehälter laufenden Rotor und

aus weichmagnetischem, keramischem Preßmaterial seine Lagerung (linke Hälfte der Zeichnung),

mit einer Ummantelung besteht. Die Ummantelung A b b. 1 B einen Schnitt entsprechend A b b. 1 A

hat dubei die Aufgabe, bei hohen Rotordrehzahlen durch eine andere Ausführungsform (rechte Hälfte

die Fliehkräfte des mechanisch nicht sehr festen der Zeichnung) und

Preßmaterials aufzunehmen. 50 A b b. 2 und 3 schematische Längsschnitte durch

Vorzugsweise können die Elektromagnete und' weitere Ausführungsformen.

oder Fühler wenigstens einer der Radial-Stabilisie- In A b b. 1 A ist innerhalb eines als Vakuumkessel

rungseinrichtungen in ein hohl ausgebildetes Rotor- ausgebildeten feststehenden Teils 1 ein Rotor 2 zen-

ende hineinragen. Dadurch kann das eigentliche tral angeordnet. Der Rotor 2 ist an beiden Enden

Radiallager sehr klein gebaut werden. Diese Aus- 55 als Hohlzylinder ausgebildet, in die je eine festste-

führung eignet sich besonders für Ausführungen, bei hende, gasdichte Hülse 3 aus nicht magnetisierbarem.

denen es nicht auf die Freihaltung der Rotorenden elektrisch leitendem Material hineinragt. Die Hül-

ankommt. sen 3 nehmen radial gerichtete Elektromagnete 4

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Stabilisierungsmagnete) auf, trennen diese vom Va-

befinden sich zwischen den Elektromagneten und den 60 kuumraum und halten die hochfrequenten und dahei

Rotorenden gasdichte Hülsen aus nicht magnetisier- besonders starke Wirbelstrom- und Hystereseverluste

barem, elektrisch leitendem Material. Dies hat den erzeugenden, zur Lagerung des Rotors aber nichi

Vorteil, daß die hochfrequenten und daher beson- notwendigen Anteile der im übrigen aus geregelter

ders starke Wirbelstrom- und Hystereseverluste er- magnetischen Gleichfeldern bestehenden Stabilisie-

zeugenden, zur Lagerung des Rotors aber nicht 65 ningsmagnetfeider von den Rotorenden fern. Dk

notwendigen Anteile der Magnetfelder der Stabilisie- hochfrequenten Schwingungsanteile können durcr

rungsmagncte vom Rotor ferngehalten werden. Hier- eine Hochfrequenz-Speisung bzw. die Trägerfrequcn;

mit können unerwünschte Rotorenvärmungcn ver- der Fühler entstehen. Als berührungslose Fühler £

sind induktive Wegaufnehmer vorwendet worden, die in Ab b. 1 A in nichtmetallisches gasdichtes Mate- nal 6 eingekapselt und mechanisch mit den Hülsen 3 verbunden sind Diese induktiven Wegaufnehmer 5 messen die Rotorbewegungen in bekannter We.se .m Zusammenwirken mit an den Rotorenden befind-^L"^^ei;⁷f^s nich.magnet.schem. eleklnsch

ίο

π A bb ΐηΊ Γ H · , , ? ι

a· · ^ B befinden sich am oberen Rotorende

die induktiven Wegaufnehmer5 >m Magnetfeld eines „ Ax.al-Stabihs.erungsmagneten 8, der be, der m den Zeichnungen dargestellten bevorzugten Lagerung mit vertikaler Rotorachse als 1 ragmagnet wirkt, und messen die Rotorbewegungen über die durch die Rotorbewegungei» verursachten Änderungen der Vormagnetisierung der Kerne der induktiven Wegaufnehmer 5. Bei dieser Ausführungsform entfällt am oberen Rotorende der Ring 7 An den Rotorenden befinden sich in Höhe der Stabi.isierungsmagnete 4 weiterhin Ringe 9, die aus wirbelstrom- und hys.e- *o reseverlustarmem, ferromagnetischen Material, wie ζ. B. übereinandergeschichteten Transformatorblechringen oder weichmagnetischem, keramischem Preßmaterial, bestehen. Die Ringe 7 und 9 werden von ' ringförmigen Rotorteilen 10* und 11 gehalten und ,5 mechanisch mit dem Rotor 2 verbunden. Bestehen die Ringe 9 aus übereinandergeschichteten Transformatorblechringen, so dienen die ringförmigen Rotorteile 10 und 11 gleichzeitig als Verbinduniselemente zum Zusammenhalten der Transformatorblechringe. Sind die Ringe 9 aus weichmagnetischem, keramischem Preßmaterial gefertigt, so müssen die ringförmigen Rotorteile 10 und 11 bei hohen Rotordrehzahlen die Fliehkräfte des mechanisch nicht sehr festen Preßmaterials aufnehmen und daher aus Mate- rial hoher Festigkeit bestehen. Während das ringförmige Rotorteil 10 am unteren Rotorende aus nichtmagnetischem Material (z.B. Titan) bestehen kann, muß das ringförmige Rotorteii 11 am oberen Rotorende aus ferromagnetischem Stahl hergestellt 4" sein, damit er die in vertikaler Richtung wirkenden Magnetkräfte des Axial-Stabilisierungsmagneten 8 aufnehmen kann. Die Ringe 9 nehmen die Magnetkräfte der in horizontaler Richtung wirkenden Elektromagnete 4 auf.

Die Größe der Stabilisierungsmagnetkräfte wird von den Meßwerten der induktiven Wegaufnehmer 5 bestimmt, die sowohl translatorische Verschiebungen der Rotorachse aus einer vorgegebenen, zentrischen Lage als auch Schwingbewegungen der Achse des Rotors messen, das heißt sowohl langsame als auch höherfrequente Abweichungen der Position des Rotors von der vorgegebenen Position. Diese Meßwerte werden über ein elektronisches Steuergerät, das einen Verstärkern und einen Phasenschieber 13 enthält, verstärkt und zeitlich so phasenverschoben, daß die daraus in den zugeordneten Elektromagneten 4 erzeugten Magnetfelder und die aus diesen resultierenden Magnetkräfte gegenüber jeder Schwingbewegung des Rotors eine zeiüiche Phasenvoreilung von weniger als einer viertel Schwingungsperiode der die Rotorbewegung verursachenden Schwingfrequenz aufweisen. Dadurch lassen sich die Magnetkräfte der Elektromagnete 4 in zwei Komponenten zerlegen. von denen die Komponente der Stabihsierungs_magnetkräfte, die phasengleich zur Bewegung des Rotors ist, eine translatorische Verschiebung der Rotorachse aus ihrer vorgegebenen, zentrischen Lage rückgängig macht, während die zweite Kompo nente der Stabilisierungsmagnetkräfte jeder Schwing bewegung des Rotors gegenüber zeillich um eim viertel Schwingungsperiode vorauseilend phasenver schoben ist und damit die Schwinger ctjung de Rotorachse dämpft. Der Axial-StabilTsierungs magnete erzeugt ein statisches, rotationssymmetri sches Magnetfeld mit vertikaler, das Rotorgewich aufnehmender Komponente und ist beispielsweis« axial magnetisiert, wodurch sich der Rotor 2 gegen über dem feststehenden Teil 1 in bekannter Weise ii einem vertikal stabilen Schwebezustand befindet.

Die Ausführungsform nach A b b. 2 unterscheide sich von A b b. 1 dadurch, daß der Rotor 2 im fest stehenden Teil 1 an den hohlzylindrischen Rotor enden von den gasdichten Hülsen 3 aus nichtmagne !in"¹' ^elektrisch 'eilendem Material umgeben^ist Außen an den Hülsen 3 befinden sich die Elektro magnete 4, die wieder über Verstärker 12 und Pha senschieber 13 von induktiven Wegaufnehmern 5 die in nichtmetallisches, gasdichtes Material 6 ein gekapselt sind, gesteuert werden. Das obere, hohl zylindrische Rotorende ist wieder in mehrere konzen tnsche Ringe aufgeteilt. Das ringförmige R
ist aus ferromagnetischem Stahl gefertigt
sowohl zum Aufnehmen der das
kompensierenden Magnetkräfte, die

und Verbindungselement für die'Ringe 7 und 14 ucr King 14 ist aus nichtmagnetischem Metall ce· fertigt, da er lediglich als Verbindungselement fiii

den Ring 9 dient, der die in horizontaler " = -'

wirkenden Magnetkräfte der Elekt
nimmt und daher aus wirbelstrom- und
verlustarmen, übereinandereeschicht^n
matorblechringen besteht. Der Ring 7 ^t aus ment magnetischem, elektrisch leitendem Material ecfertie undI dient wieder wie in Abb. 1 im Zusammen wirken mn den induktiven Wegaufnehmern 5 zurr Messen der Rotorbewegungen. Die., kann bei de, Lage der unteren induktiven Wegaufnehmer direk am Rotormantel aus nichtmagnetischem Metall ce schehen. Der Rmg 9 am unteren Rotorende au:

iin/i U,,n< ι

magnet SL

sehen, ».v₅huim uuunonmigei
Verbindungselement dienenden ringförmigen Rotor

SlJ. ft ^Sein' ^{da hier das} Rotorteil 10 vor den Magnetfeldern der Elektromagnete 4 durchsetz

Ein weiterer Unterschied ₇„ λ κ κ ι u
der Ausführung v£n Abb^_a 5" ή ^
erwähnt, zu? Ax ?a° StaWlt^runT' v< Γ"
Verwendung findet TVote A?nh ^E^
zipiellen VoneS der V^rwendun? *™
magneten als ÄLtstabiSntoI
das^beispielsweise trob: £^mS?? T "? als vorteilhaft erweiserΓ wenn ώί T ^B^^Uaufwandi Einstellung der Hönenl^edes Zo -^{Γ5 g}r^aU<

beispielsweise auS Äark ^SS T^"⁵⁰?¹ !^St Rotor einwirkenden Vertikafkrifted S f ^dCT des Rotors kann danrΓvSstdU bzT S

Bei dem Ausführunesbeisoiel in Rotor! am obemThffiffl, vertikaler Richtung von einem als* in Stabform abgeführten A

magneten 8 gehalten. Die Tragmagnetkräfte werden von einem ringförmigef) Rotorteil 11 aus ferromagnetischcm Stahl aufgenommen, wobei dieses Rotorteil 11 gleichzeitig als Haltering und Verbindungselement zum Rotor 2 für die Ringe 7 und 9 dient. Im Zusammcnwirken mit dem aus nichtmagnetischem, elektrisch leitendem Material bestehenden Ring 7 wird wieder über die induktiven Wegaufnehmer S das Meßsignal erzeugt, das nach Verstärkung und Phasenschiebung in Verstärker 12 und Phasenschieher 13 zum Erzeugen der auf den Ring 9 wirkenden Magnetkräfte der am feststehenden Teil 15 der Lagerung befindlichen Elektromagnete 4 dient. Der Ring 9 besteht aus wirbelstrom- und hystereseverlustarmen, übereinandergeschichteten Transformatorblechringen. Da der Rotor auf Grund des stabilen Gleichgewichts, in dem sich ein oberhalb seines Schwer-

Punktes aufgehängter Körper befindet, an seinem unteren Ende in horizontaler Richtung keine rückführenden Kräfte benötigt, sondern da am unteren Rotorende nur Schwingbewegungen gedämpft werden müssen, ist in A b b. 3 das untere Rotorende mit einem axial magnetisierten Permanentmagneten 16 in Form eines Ringmagneten verschen. Der Permanentmagnet 16 ist von einem Metallzylinder 17 ummantelt, der die Fliehkräfte des mechanisch nicht sehr festen Permanentmagnelmatcrials aufnimmt und dem Magnetfeld des Permanentmagneten 16 einen günstigeren Flußverlauf gibt. Die Schwingbewegungen des unteren Rotorendes werden durch da; Magnetfeld des Permanentmagneten 16 nach denbekannten Prinzip der Wirbelstrombremse im Zusammenwirken mit einer am feststehenden Teil dei Lagerung befindlichen Mctallscheibe 18 gedämpft.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Magnetische Lagerung eines mit ferromagnetischen Teilen versehenen Rotors an einem feststehenden Teil ohne Berührung zwischen diesen, wobei am feststehenden Teil wenigstens ein Axial-Stabilisierungsmagnet angeordnet ist, der ein Magnetfeld mit einer axialen Komponente erzeugt, wobei wenigstens eine elektromagnetisch wirkende Radial-Stabilisierungseinrichtung vorgesehen ist, die von einem Steuergerät beaufschlagte Elektromagnete besitzt, die ferromagnetische Teile am Rotor beeinflussende Magnetfelder erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Axia'-Stabilisierungsmagnet (8) ein den Rotor (2) nur in axialer Richtung stabilisierendes Magnetfeld mit destabilisierender Wirkung in radialer Richtung besitzt und daß die dieser destabilisierenden Wirkung entgegenwirkende Radial-Stabilisierungseinrichtung wenigstens zwei berührungslose Fühler (5) aufweist, die Abweichungen des Rotors (2) von einer radialen Sollposition messen und elektrische Signale abgeben, die von dem gleichstromgespeisten Steuergerät (12, 13) verstärkt und zeitlich in ihrer Phase verschoben als Ausgangssignale an die Elektromagnete (4) abgegeben werden, deren Magnetfelder am Rotor (2) eine Rückstell-Kraftkomponente zur Zurückstellung des Rotors (2) aus der abweichenden Position in die Sollposition und eine gegenüber der Rücksteil-Kraftkomponente um eine viertel Schwingungsperiode vorauseilende Dämpfungs-Kraftkomponente erzeugen, die den durch Kreiselwirkung des Rotors (2) entstehenden Rotorauslenkungen entgegenwirkt und alle Schwingbewegungen des Rotors (Z) in radialer Richtung dämpft.

2. Magnetische Lagerung nach Anspruch -1, dadurch gekennzeichnet, daß im geeigneten axialen Abstand von der Radial-Stabilisierungseinrichtung eine weitere Padial-Stabilisierungsvorrichtung vom gleichen Typ vorgesehen ist.

3. Magnetische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rotor mit im wesentlichen vertikaler Achse der Axial-Stabilisierungsmagnet (8) auf den Rotor (2) an einer oberhalb des Rotorschwerpunktes liegenden Stelle einwirkt und die in einer zweiten radialen Ebene angeordnete weitere Radial-Stabilisierungseinrichtung aus einem im Bereich des unteren Rotorendes am Rotor angeordneten Magneten (16) besteht, der ein zur Rotorachse rotationssymmetrisches Magnetfeld erzeugt, das ein elektrisch leitendes Tei! (18) am feststehenden Teil (1, 15) durchsetzt.

4. Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (12,13) eine die Magnetisierungsströme beeinflussende Einstellvorrichtung zur Justierung der radialen Lage des Rotors (2) enthält.

5. Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Axial-Stabilisierungsmagnet (8) ein Permanentmagnet ist, dessen Magnetfeld im Rotorluftspalt in Umfangsrichtung im wesentlichen homogen ist und eine Komponente in Achsrichtung des Rotors aufweist.

6. Magnetische Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Axial-Stabilisierungsmagnet (8) als ein am feststehenden Teil (1,15) angebrachter, das mit ihm zusammenwirkende Rotorteil (9, 11) umfassender Ringmagnet ausgebildet ist.

7. Magnetische Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Axial-Stabiiisierungsmagnet (8) aus mehreren Teilmagneten besteht.

8. Magnetische Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Axial-Stabilisierungsmagnet (8) als ein in ein hohles Teil des Rotors (2) hineinragender Stabmagnet ausgebildet ist.

9. Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die Radial-Stabilisierungseinrichtung in einer radialen Ebene vier am feststehenden Teil (1, 15) angebrachte Elektromagnete besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Elektromagnete ein Fühler (5) so zugeordnet ist, daß er die Rotorauslenkung in Richtung der Magnetkraft des jeweiligen Elektromagneten fühlt.

10 Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) wenigstens im Bereich des Axial-StabilUierungsmagneten (8) einen Ring aus ferromagnetischem Material (9,11) besitzt.

11. Magnetische Lagerung" nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Ende des Rotors (2) als Hohlzylinder aus ferromagnetischem Material ausgebildet ist.

12. Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Radial-Stabilisierungseinrichtungen zusammenwirkende ferromagnetische Teil (9) des Rotors aus voneinander isolierten, wirbelstrom- und hystereseverlustarmen, übereinandergeschichteten Blechringen (Transformatorenblechen) besteht, die durch ringförmige Rotorteile (11) gehalten sind.

13. Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der mit den Radial-Stabilisierungseinrichtungen zusammenwirkende ferromagnetische Teil (9) des Rotors aus weichmagnetischem, keramischem Preßmaterial mit einer Ummantelung besteht.

14. Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (4) und/oder Fühler (5) wenigstens einer der Radial-Stabilisierungseinrichtungen in ein hohl ausgebildetes Rotorende hineinragen.

15. Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Elektromagneten (4) und den Rotorenden gasdichte Hülsen (3) aus nichtmagnetisierbarem, elektrisch leitendem Material befinden.

16. Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 15. dadurch gekennzeichnet, daß die berührungslosen Fühler (5) an sich bekannte induktive, kapazitive oder lichtelektrische Wegaufnehmer sind.