DE1750798C

DE1750798C - Magnetic storage

Info

Publication number: DE1750798C
Authority: DE
Inventors: Herbert Prof Dr Ing 3300 Braunschweig Weh
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH, 6000 Frankfurt
Publication date: 1972-03-02

Description

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 runs in the magnetic field of a pull magnet.

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 causes difficulties, for example at extremely high speeds. With magnetic bearings, the rotating body to be fixed is 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.Compared to electromagnets, which generate repulsive forces with the help of poles with the same magnetization, pull magnets have the fundamental advantage that they manage to generate certain bearing forces with a much smaller electrical flow. This is related to the more favorable design of the magnetic body and, on the other hand, requires a position-dependent current control of the magnet. However, since instabilities also occur in magnets with repulsive forces transverse to the main direction of force, it is not possible to do without the application of control measures. This means that a pull magnet arrangement with position-dependent current control must be used in at least one direction; 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 Zugmagneten 11, 12 und 13, die um 120° versetzt angeordnet sind.The basic structure of a magnetic bearing of the claimed type is shown in FIG. It shows the minimum number of three pull magnets 11, 12 and 13 required for mounting a rotating body 10 to detect all radial degrees of freedom per mounting point, which are arranged offset by 120 °.

Als 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.E or U arrangements can be used as magnets. In general, preference will be given to the E-core, since the flux distribution over two legs results in a lower yoke height and more favorable utilization of the winding space.

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.Examination of a bearing journal 10 shown in FIG. 1 shows that its volume elements are exposed to alternating magnetization during rotation, since a magnetic field only penetrates them under the poles of the pulling 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 which, with finite electrical conductivity, cause eddy currents and thus losses. In particular at high speeds, these losses can lead to inadmissibly high thermal loads on the shaft and 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 by which the disadvantages mentioned are eliminated so that high-speed shafts - e.g. for centrifuges - or gyro drives can be stored with little loss and low 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 lamination of the rotating bearing part in such a way that the lamination between the poles of the magnet runs essentially in the radial direction and in the area of the poles essentially in the axial direction, the magnetic flux only overcoming 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 brought about by conventional lamination of the rotating part, similar to a rotor of an electrical machine. This simple type of sheet metal, however, results in a considerably higher flow requirement for the magnetic circuit, since the magnetic flux in the rotating part of the magnetic bearing runs essentially transversely to the sheet metal direction and thus has to overcome the insulating spaces in the laminated core. The sheet metal sections of the exciter magnets must be adapted to the increased flow requirement, so that the construction 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 Kreises erhöht wird.These disadvantages do not occur with the invention, and the bearing is suitable for very high speeds despite its simple construction. The embodiment of the magnetic bearing according to the invention results in a substantial reduction in iron losses compared to the solid rotor body, without increasing the flow requirement of the magnetic circuit.

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 Eisenverluste am gerinsten gehalten.In a special embodiment of the invention it is proposed that the butt joints form such an angle to the bearing axis that the bearing part surface or half the bearing part surface located in the area of the poles represents the projection of the joint surface onto the bearing part surface. With such a configuration of the rotating bearing body, the iron losses are kept to a minimum.

Fig. 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.Fig. 2 shows a section through a laminated rotor according to the invention of a magnetic bearing. On a rotor shaft 14, the sheet metal layer 15 of the rotor with axially extending sheets between the poles 16 and 17 of an electromagnet (not shown) has the shape of an isosceles trapezoid in cross section, the sheet length decreasing with increasing diameter. Below the poles 16 and 17 are essentially triangular in cross-section, adjoining the trapezoidal laminated core 15, laminated cores 18 and 19, the laminations of which extend radially to the shaft axis.

Claims

1. Magnetic storage in which the rotating bearing part runs in the magnetic field of a pull magnet, 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 in the runs essentially in the radial direction and in the region of the poles essentially in the axial direction, the magnetic flux only overcoming 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.