DE1750798B1

DE1750798B1 - Magnetic storage

Info

Publication number: DE1750798B1
Application number: DE19681750798D
Authority: DE
Inventors: Herbert Prof Dr-Ing Weh
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1968-06-06
Filing date: 1968-06-06
Publication date: 1971-08-05

Description

I 750I 750

Die Erfindung betrifft eine magnetische Lagerung, bei der der rotierende Lagerteil im Magnetfeld eines Zugmagneten läuft.The invention relates to a magnetic bearing in which the rotating bearing part in the magnetic field of a Pull magnet runs.

Magnetische Lagerungen werden verwendet, wenn der Einsatz von Gleit- oder Wälzlagern Schwierigkeiten bereitet, beispielsweise bei außerordentlich hohen Drehzahlen. Bei magnetischen Lagern wird der zu fixierende Rotationskörper durch magnetische Feldkräfte in seiner Lage gehalten.Magnetic bearings are used when the use of plain or roller bearings has difficulties prepares, for example at extremely high speeds. With magnetic bearings, the to be fixed rotating body held in its position by magnetic field forces.

Gegenüber Elektromagneten, die mit Hilfe gleichmagnetisierter Pole abstoßende Kräfte erzeugen, weisen Zugmagnete den grundsätzlichen Vorteil auf. daß sie zur Erzeugung bestimmter Lagerkräfte mit wesentlich kleinerer elektrischer Durchflutung auskommen. Dies hängt mit der günstigeren Gestaltung des magnetischen Körpers zusammen und bedingt andererseits eine lagerabhängige Stromregelung des Magneten. Da jedoch auch bei Magneten mit abstoßenden Kräften quer zur Hauptkraftrichtung Instabilitäten auftreten, kommt man auch dort nicht ohne Anwendung regelungstechnischer Maßnahmen aus. Dies bedeutet, daß wenigstens in einer Richtung eine Zugmagnetanordnung mit lagerabhängiger Stromregelung angewendet werden muß; der Gesamtaufwand ist also wesentlich höher als im Fall einer Zugmagnetlagerung. Opposite electromagnets, which generate repulsive forces with the help of equally magnetized poles, show Pull magnets have the fundamental advantage. that they are essential for generating certain bearing forces get by with a smaller electrical flow. This depends on the cheaper design of the magnetic Body together and on the other hand requires a position-dependent current control of the magnet. However, there are instabilities even with magnets with repulsive forces transverse to the main force direction occur, it is also not possible there without the application of control measures. This means, that at least in one direction a pull magnet arrangement with position-dependent current control must be applied; the total effort is therefore significantly higher than in the case of a pull magnet mounting.

Der prinzipielle Aufbau eines magnetischen Lagers der beanspruchten Art ist in Fig. 1 dargestellt. Er zeigt die für die Lagerung eines sich drehenden Körpers 10 zur Erfassung aller radialen Freiheitsgrade pro Lagerstelle erforderliche Mindestanzahl von drei Zugrnagneten U, 12 und 13, die um 120" versetzt angeordnet sind.The basic structure of a magnetic bearing of the claimed type is shown in FIG. He shows the storage of a rotating body 10 for the detection of all radial degrees of freedom Minimum number of three pull magnets U, 12 and 13 required per bearing point, offset by 120 " are arranged.

A-Is Magnete können E- oder U-Anordnungen eingesetzt werden. Im allgemeinen wird man dem E-Kern den Vorzug geben, da hierbei durch die Flußaufteilung auf zwei Schenkel eine niedrigere Jochhöhe und eine günstigere Ausnutzung des Wickelraumes erreicht wird.A-Is magnets can be used in E or U arrangements will. In general, preference will be given to the E core, as this is due to the flow division A lower yoke height and a more favorable use of the changing room is achieved on two legs will.

Die Betrachtung eines in Fig. 1 dargestellten Lagerzapfens 10 zeigt, daß bei Rotation seine Volumenelemente einer wechselnden Magnetisierung ausgesetzt sind, da sie nur unter den Polen der Zugmagnete von einem Magnetfeld durchsetzt werden.Considering one shown in FIG Bearing pin 10 shows that its volume elements change in magnetization during rotation because they are penetrated by a magnetic field only under the poles of the pull magnets.

Durch diese wechselnde Magnetisierung werden rotatorisch Spannungen induziert, die bei endlicher elektrischer Leitfähigkeit Wirbelströme und damit Verluste hervorrufen. Diese Verluste können insbesondere bei hohen Drehzahlen zu unzulässig hohen Wärmebeanspruchungen der Welle sowie zu einer wesentlichen Verschlechterung des Wirkungsgrades der Gesamtanordnung führen.This alternating magnetization induces rotational voltages that are finite at electrical conductivity cause eddy currents and thus losses. These losses can in particular at high speeds to inadmissibly high thermal loads on the shaft as well as to a lead to a significant deterioration in the efficiency of the overall arrangement.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Maßnahme vorzuschlagen, durch die die genannten Nachteile behoben werden, so daß hochtourige Wellen — z. B. für Zentrifugen — oder Kreiselantriebe verlust- und wartungsarm gelagert werden können.The object of the invention is therefore to propose a measure that eliminates the disadvantages mentioned be fixed, so that high-speed waves - z. B. for centrifuges - or gyro drives loss- and can be stored with little maintenance.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch eine zumindest teilweise Blechung des rotierenden Lagerteiles in der Weise, daß die Blechschichtung zwischen den Polen des Magneten im wesentlichen in radialer und im Bereich der Pole im wesentlichen in axialer Richtung verläuft, wobei der Magnetfluß nur jeweils zwei Stoßfugen überwindet.The invention is characterized by an at least partial sheet metal covering of the rotating bearing part in such a way that the sheet metal layering between the poles of the magnet is essentially radial and in the region of the poles runs essentially in the axial direction, the magnetic flux only in each case overcomes two butt joints.

Eine wesentliche Herabsetzung der Verluste könnte schon durch eine herkömmliche Blechung des rotierenden Teils ähnlich wie bei einem Läufer einer elektrischen Maschine herbeigeführt werden. Diese einfache Art der Blechung hat jedoch einen erheblich höheren Durchflutungsbedarf für den magnetischen Kreis zur Folge, da der magnetische Fluß im rotierenden Teil des magnetischen Lagers im wesentlichen quer zur Blechrichtung verläuft und damit die Isolationszwischenräume des Blechpaketes überwinden muß. Dem gestiegenen Durchflutungsbedarf müssen die Blechschnitte der Erregermagnete angepaßt werden, so daß sich eine für viele Anwendungsfälle zu große und zu schwere Konstruktion ergibt.A significant reduction in losses could already be achieved by conventional sheet metal plating rotating part are brought about similar to a rotor of an electrical machine. These The simple type of sheet metal, however, has a considerably higher flow requirement for the magnetic Circle result, since the magnetic flux in the rotating part of the magnetic bearing is essentially runs transversely to the sheet metal direction and thus the insulation gaps of the laminated core must overcome. The sheet metal cuts of the exciter magnets must be adapted to the increased flow requirement, so that the result is a construction that is too large and too heavy for many applications.

Bei der Erfindung treten diese Nachteile nicht auf, und das Lager ist trotz einfacher Konstruktion für sehr hohe Drehzahlen geeignet. Durch die erfindungsgemäße Ausführung des magnetischen Lagers wird gegenüber dem massiven Läuferkörper eine wesentliche Herabsetzung der Eisenverluste erreicht, ohne daß der Durchflutungsbedarf des magnetischen Krei- i ses erhöht wird.These disadvantages do not occur with the invention, and the bearing is suitable for very high speeds in spite of its simple construction. Due to the inventive design of the magnetic bearing a substantial reduction of the iron loss is achieved compared to the massive rotor body without the need for flooding of the magnetic Krei- i ses is increased.

In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Stoßfugen einen derartigen Winkel zur Lagerachse bilden, daß die im Bereich der Pole befindliche Lagerteilfläche bzw. halbe Lagerteilfläche die Projektion der Stoßfläche auf die Lagerteilfläche darstellt. Mit einer derartigen Ausgestaltung des rotierenden Lagerkörpers werden die Eisenveram gerincten gehalten.In a special embodiment of the invention it is proposed that the butt joints have such a Form an angle to the bearing axis that the bearing surface area located in the area of the poles or half the bearing surface area represents the projection of the joint surface onto the bearing surface. With such a configuration of the rotating bearing body, the Eisenveram are held.

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß geblechten Rotor eines magnetischen Lagers. Auf einer Läuferwelle 14 hat die Blechschicht 15 des Rotors mit axial verlaufenden Blechen zwischen den Polen 16 und 17 eines nicht weiter gezeigten Elektromagneten im Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Trapezes, wobei die Blechlänge mit wachsendem Durchmesser abnimmt. Unter den Polen 16 und 17 befinden sich im Querschnitt im wesentlichen dreieckförmige, an das trapezförmige Blechpaket 15 sich anschließende Blechpakete 18 und 19. deren Bleche radial zur Wellenachse verlaufen.F i g. 2 shows a section through a rotor of a magnetic bearing laminated according to the invention. On a rotor shaft 14, the sheet metal layer 15 has the Rotor with axially extending metal sheets between poles 16 and 17 of an electromagnet not shown further in cross section the shape of an isosceles trapezoid, with the sheet length with decreases with increasing diameter. Below the poles 16 and 17 are essentially in cross section triangular laminated cores 18 and 19 adjoining the trapezoidal laminated core 15. the sheets of which run radially to the shaft axis.

Claims

Patent claims:

1. Magnetic storage in which the rotating bearing part is in the magnetic field of a pull magnet runs, characterized by an at least partial lamination of the rotating bearing part in such a way that the sheet metal layering (15, 18 and 19) between the poles (16, 17) of the magnet essentially in the radial direction and in the region of the poles essentially in the axial direction runs, whereby the magnetic flux overcomes only two butt joints.

2. Magnetic mounting according to claim 1, characterized in that the butt joints form such an angle to the bearing axis that the bearing part surface located in the region of the poles or half the bearing part surface represents the projection of the joint surface onto the bearing part surface.