DE1967086A1 - Magnetische lagerung - Google Patents
Magnetische lagerungInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
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- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
DasHauptpatent betrifft eine magnetische Lagerung eines
mit ferromagnetischen Teilen versehenen Rotors an einem feststehenden Teil ohne Berührung zwischen diesen, wobei
am feststehenden Teil wenigstens ein Axial-Stabilisierungs-.ma'gn'et"
angeordnet ist, der ein Magnetfeld mit einer axialen Komponente, erzeugt, wobei wenigstens eine elektromagnetisch
wirkende Radial-Stabilisierungseinrichtung vorgesehen ist,
die von einem Steuergerät beaufschlagte Elektromagnet^ besitzt,
die ferromagnetische Teile am Rotor beeinflussende Magnetfelder erzeugen. Gemäß dem Hauptpatent ist vorgeschlagenworden,"daß
der Axial-Stabilisierungsmagnet ein den Rotor nur in axialer Richtung stabilisierendes Magnetfeld
mit destabilisierender Wirkung in radialer Richtung besitzt
und daß die dieser destabilisierenden Wirkung entgegenwirkende
Radial-Stabilisierungeinrichtung wenigstens zwei
berührungslose Fühler aufweist, die Abweichungen des Rotors
von einer radialen Sollposition messen und elektrische Signale
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- 2 -BAD ORIGINAL,
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abgeben, die von dem gleichstrom-gespeisten Steuergerät
verstärkt und zeitlich in ihrer Phase verschoben als Ausgangssignale an die Elektromagnete abgegeben werden, deren
Magnetfelder am Rotor eine Rückstell-Kraftkomponente zur
Zurückstellung des Rotors aus der abweichenden Position
in die Sollposition und eine gegenüber der Ruckste11—Kraftkomponente
um eine viertel Schwingungsperiode vorauseilende Dämpfunga-Kraftkomponente erzeugen, die den durch Kreiselw
wirkung des Rotors entstehenden Rotorauslenkungen entgegenwirkt
und alle Schwingbewegungen des Rotors in radialer
Richtung dämpft.
Nach dem Hauptpatent können sowohl stillstehende als auch
schnell umlaufende Rotoren berührungslos magnetisch gelagert
werden, und zwar auch gestreckte Rotoren und insbesondere solche mit vertikaler Drehachse. Bei diesen kann der Rotor
wie ein oberhalb seines Schwerpunktes gelagerter Körper aufgehängt sein.
Bei der Lagerung eines Rotors mit vertikaler Drehachse kann
das Gewicht des mit ferromagnetisehen Teilen versehenen Rotors
durch statische, am oberen Ende des Rotors angreifende
Magnetfelder des Axialstabilisierungsmagneten, der in diesem
Falle als 'Dragmagnet wirkt, kompensiert werden. In horizontaler Richtung wird die vorgegebene zentrische lage der Rotorachse
und die Dämpfung von Pendel-, Präzessions- und Nutationsbewegungen,
d.h. Schwingbewegungen, des Rotors durch die an beiden Rotorenden in horizontaler Richtung wirkenden Magnetfelder radial gerichteter Elektromagnete der RadialstabiIisierungseinrichtuhgen
erreicht. Diese Radialstabilisierungseinrichtungen werden von berührungslosen Fühlern gesteuert,
die in der eingangs beschriebenen Weise die radialen Rotorabweichungen
messen und für die Rückstellung und Dämpfung sorgen. Im Hauptpatent sind als berührungslose Fühler induktive,
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BAD ORIGINAL
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kapazitive oder lichtelektrische Wegaufnehmer erwähnt.
Die Axialstabilisierungsmagnete arbeiten mit einer Unstetigkeit im ferromagnetischen Material des Rotors-.» beispielsweise
einer Schulter oder einer Stirnfläche, zusammen und erzeugen vorteilhaft ein über den Luftspalt zwischen Axialstabilisierungsmagnet und Rotor homogenes Tragmagnetfeld.
Besonders vorteilhaft sind Permanentmagneten, die beispielsweise als den Rotor umgebende Permanent'-magnetringe
oder in Rotorteile hineinragende Stabmagne- . (|
ten ausgebildet sein können.
Durch die Ausführung nach dem Hauptpatent wird also eine
vollständig berührungsfreie Lagerung für den Rotor geschaffen, wobei es besonders vorteilhaft ist, daß der Rotor
auch eine gestreckte Form haben kann. Dies ermöglicht gegenüber Lagern, die nur abgeplattete Rotoren lagern
können, eine erhebliche Erweiterung des Anwendungsbereiches* Ferner sind die erreichbaren Drehzahlen außerordentlich hoch, weil die "LagerVerluste11, d.h. der Widerstand gegen Drehung,sehr gering ist und alle sonstigen
bei hohen Drehzahlen auftretenden Probleme zu lösen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, die magnetische Lagerung
nach dem Hauptpatent derart weiterzuentwiekeln, daß die
Drehzahlen auch bei gestreckten Rotoren sehr hoch gewählt
werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
eine magnetische Radial-Stabilisierungseinrichtung in
einer von den Rotorenden in Abstand befindlichen horizontalen Ebene angeordnet ist;.
Vorzugsweise kann die Radial-Stabilisierungseinrichtung
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zusätzlich zu den für die Festlegung der radialen Freiheitgrade des Rotors notwendigen Querlagern vorgesehen
sein. Die zusätzliche Radial-Stabilisierungseinrichtung kann besonders bevorzugt zur Unterdrückung von Biegeschwin^ungen
des Rotors ausgebildet und angeordnet sein.
Durch diese Maßnahmen kann die obere Begrenzung in der
Drehzahl, die bei gestreckten Rotoren normalerweise in der biegekritischen Drehzahl liegt, ausgeschaltet
oder zumindest weit hinausgeschoben werden. Die Tatsache, daß durch ein berührungsfreies magnetisches Lager Biegeschwingungen
des Rotors unterdrückt werden können, erstaunt, wenn man bedenkt, welche Kräfte zur Biegung des Rotors
notwendig sind und welche im Vergleich dazu geringen Kräfte von einer magnetischen Radial-StabiIisierungseinrichtung
aufgebracht werden können. Da jedoch die magnetische Radial-Stabilisierungseinrichtung stets wirksam
ist und eine hohe- Ansprechempfindlichkeit und
gute Rücksteil- und Dämpfungseigenschaften, besitzt, die
sich den Sehwingungscharakteristika des Rotors genau anpassen, kann die Entstehung von Biege schwingungen
schon im Keim erstickt werden, so daß es zu der gefürchteten Aufschaukelung durch Resonanz nicht kommen kann.
Es können also gemäß der Erfindung längs des Rotors statt zweier beliebig viele Lager angeordnet sein, wobei diese
Lager sowohl als reine Radiallager als auch als kombinierte Trag- und Radiallager ausgebildet sein können.
Erfindungsgemäß sollen dabei zumindest die mittleren
Lager magnetische Radial-Stabilisierungseinrichtungen sein. Man erreicht mit dieser mehr als zweifachen Lagerung
einen sicheren Lauf des Rotors bis zu einer Drehzahl, die bei gegebener Baulänge des Rotors und nur zweifacher Lagerung
ohne Bruchgefahr des Rotors aufgrund seiner ersten
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biegekritischen Drehzahl nicht erzielt werden kann.
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung im schematischen Längsschnitt
dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
In der Zeichnung ist in einem den Stator "bildenden Vakuumkessel
1 ein Rotor 202 koaxial zur Kesselachse angeordnet. Λ
Kessel und Rotor sind als rohrförmige Hohlzylinder ausgeführt.
Der Kessel 1 besteht aus nicht-magnetischem, der
Rotor 202 aus ferromagnetischem Werkstoff. In vertikaler
Richtung wird das Rotorgewicht von einem Axialstabilisierungsmagneten
bzw. Tragmagneten 8 gehalten, der als ringförmigen Permanentmagnet ausgebildet ist. Er erzeugt :
ein statisches, rotationssymmetrisches Magnetfeld mit vertikaler, das Rotorgewicht aufnehmender Komponente und
is"t beispielsweise axial magnetisiert. Der Axial-Stabilisierungsmagnet
erzeugt also ein den Rotor nur in axialer Richtung stabilisierendes Magnetfeld mit destabilisierender
Wirkung, in radialer Richtung. Die axialen Kräfte des Axial-St abilisierungsmagnet.en 8 sowie die Lagerkräfte (
der Elektromagnete von Radial-Stabilisierungseinrichtungen
werden unmittelbar von dem beispielsweise aus Stahl bestehenden Rotorzylinder 202 aufgenommen. Insgesamt sind
in der Zeichnung drei Radial-Stabilisierungseinrichtungen vorgesehen, die je ein (beispielsweise in zwei Radial ebenen
wirkendes) Steuergerät mit einem Verstärker 12 und einem Phasenschieber 13 und Radial-Stabilisierungsmagnete 4»
besitzen. '
Als berührungslose Wegaufnehmer bzw. Fühler 5, 205 sind für jede Stabilisierungseinrichtung Feldplatten vorgesehen,
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deren elektrischer Widerstand abhängig von der die Feldplatten
durchsetzenden magnetischen Feldstärke ist. Durch radiale Rotorbewegungen werden Magnetfeldänderungen und
damit in den Feldplatten auch Widerstandsänderungen erzeugt. Die daraus gewinnbaren, lage-abhängigen Meßsignale
dienen nach Verstärkung und Phasenschiebung in dem Steuergerät (Verstärker 12 und=Phasenschieber 13) zur
Erzeugung der zur radialen Lagerung des Rotors 202 notwendigen Magnetfelder durch die den Feldplatten zugeordneten
Radial-Stabilisierungsmagnete 4, 204.
Steuergerät und Verstärker sind entsprechend dem Hauptpatent aufgebaut und haben dementsprechend ein gleichstromgespeistes
Steuergerät, das die elektrischen Signale der Fühler verstärkt und zeitlich in ihrer Phase verschoben
als Ausgangssignale an die Radial-Stabilisierungsmagnete
derart abgibt, daß deren Magnetfelder am Rotor eine Rückstell-Kraftkomponente
zur Zurückstellung des Rotors aus der abweichenden Position in die Sollposition, und eine
gegenüber der Rückstell-Kraftkomponente um eine viertel
Schwingungsperiode vorauseilende phasenverschobene DämpfungSr-
ψ Kraftkomponente erzeugen, die den durch Kreiselwirkung
des Rotors entstehenden Rotorauslenkungen entgegenwirkt
und alle Sehwingbewegungen des Rotors in radialer Richtung dämpft. Bei dem oberen Lager, bei dem der mit dem oberen
Rotorende zusammenwirkende Axial-Stabilisierungsmagnet 8
und der Radial-Stabilisierungsmagnet dicht beieinander angeordnet sind, beeinflussen die Magnetfelder des Radial-Stabilisierungsmagneten
4 die radialen Komponenten der Magnetfelder des Axial-Stabilisierungsmagneten 8 in der
Weise, daß die Rotorachse in der vorgegebenen, zentrischen •Lage gehalten wird und Sehwingbewegungen des Rotors gedämpft
werden. Es findet also dort eine Vormagnetisierung
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des Radial-Stabilisierungsmagneten 4 durch das Magnetfeld
des Permanentmagneten 8 statt. Die Vormagnetisierung für die als Feldplatten, ausgebildeten Fühler 5 (Wegaufnehmer)
wird durch das zur Rotorachse radialsymmetrische Magnetfeld des Tragmagneten erzeugt. Überhaupt sind diese
Halbleiterbauelemente in solchen horizontalen .Ebenen
angeordnet, in denen sich die Magnetfeldstärke in Abhängigkeit
von der horizontalen Position des Rotors ändert. g Es kann sich bei den Fühlern um Halbleiterbauelemente '.""".
wie Feldplatten, Magnetdioden, Magnettransistoren, Hall-, sonden usw. handeln.
Die beiden übrigen Radial-Stabilisierungseinrichtungen 204 entsprechen im wesentlichen dem oberen Lager 4,
sind jedoch nicht mit einem Tragmagneten verbunden. Es v/erden ebenfalls Feldplatten als berührungslose Fühler ".--_
(Wegaufnehmer) 205 benutzt, die im Spalt zwischen dem
f erromagnetischen Rotor 202 und dem Radial—Stabili- :'
sierungsmagneijen 204 angeordnet sind. Das zur Erzeugung .. ":■
der Meßsignale in den Feldplatten erforderliche Magnetfeld wird durch Vormagnetisierung der Stabilisierungs- jj
magnete 204 aufgebaut. Die horizontale Lagerung des Rotors 202 am unteren Rotorende erfolgt nach Verstärkung
und Phasenschiebung der Meßsignale, im Steuergerät (Ver- .-stärker
12 und Phasenschieber 13) entsprechend den radialen Lagern in der Hauptanmeldung.
Das untere Lager ist in der Nähe des unteren Rotorendes angeordnet. Im Mittelbereich des Rotors 204 wird dieser
zusätzlich von einem dritten Radiallager gestützt, das in Aufbau und Funktion mit dem unteren Radiallager übereinstimmen
kann. Diese dritte Radial-Stabilisierungseinrichtung
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wird in einer solchen Ebene zwischen den oberen und unteren
Lagern 4* 204 angebracht, in der es die Unterdrückung
der ersten biegekritischen Drehzahl des lediglich zweifach gelagerten Rotors bewirkt.
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Claims (3)
1. Magnetische Lagerung eines mit ferromagne-tischen 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 Radialst abi Ii s i erungs einrichtung vorges ehen i st, di e von einem
Steuergerät beaufschlagte Elektromagnete besitzt, die
ferromagnetische Teile am Rotor beeinflussende Magnetfelder
erzeugen, wobei nach Patent 1 750 602 der Axial-Stabilisierungsmagnet
ein den Rotor nur in axialer Richtung stabilisierendes Magnetfeld mit destabilisierender Wirkung
in radialer Richtung besitzt und die dieser destabilisierenden Wirkung entgegenwirkende Radial-Stabilisierungseinrichtung
wenigstens zwei berührungslose Fühler aufweist, die Abweichungen des Rotors von einer radialen
Sollposition messen und elektrische Signale abgeben, die.,
von dem gleichstromgespeisten Steuergerät verstärkt und zeitlich in ihrer Phase verschoben als Ausgangssignale
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an die Elektromagnete abgegeben werden, deren Magnetfelder
am Rotor eine Rückstell-Kraftkomponente zur Zurückstellung des Rotors aus der abweichenden Position in die
Sollposition und eine gegenüber der Rückstell-Kraftkomponente um eine viertel Schwingungsperiode vorauseilende
Dämpfurigs-Kraf^komponente erzeugen, die den durch Kreiselwirkung des Rotors entstehenden Rotorauslenkungen entgegenwirkt
und allle Schwingungsbewegungen des Rotors in radialer
Richtung dämpft, da durch gekennzeichnet,
daß eine magnetische Radial-Stabilisierungseinrichtung (204) in einer von den Rotorenden in Abstand
befindlichen horizontalen Ebene angeordnet ist.
2. Magnetische Lagerung nach Anspruch =1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Radial-Stabilisierungseinrichtung (204) zusätzlich zu den für die Festlegung der radialen Freiheitsgrade
des Rotors (202) notwendigen Querlagern (4, 204)" vorgesehen ist. ■
3. Magnetische Lagerung nach Anspruch 1 öder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die zusätzliche Radial-Stabilisierungs-.einrichtung (204) zur Unterdrückung von Biegeschwingungen
des Rotors (204) ausgebildet und angeordnet ist.
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691967086 DE1967086C3 (de) | 1969-06-30 | 1969-06-30 | Magnetische Lagerung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691967086 DE1967086C3 (de) | 1969-06-30 | 1969-06-30 | Magnetische Lagerung |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1967086A1 true DE1967086A1 (de) | 1977-06-16 |
DE1967086B2 DE1967086B2 (de) | 1978-05-03 |
DE1967086C3 DE1967086C3 (de) | 1979-01-04 |
Family
ID=5755929
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19691967086 Expired DE1967086C3 (de) | 1969-06-30 | 1969-06-30 | Magnetische Lagerung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1967086C3 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4500142A (en) * | 1982-06-17 | 1985-02-19 | Societe Europeenne De Propulsion | Magnetic suspension device of a rotor placed in a sealed enclosure |
-
1969
- 1969-06-30 DE DE19691967086 patent/DE1967086C3/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4500142A (en) * | 1982-06-17 | 1985-02-19 | Societe Europeenne De Propulsion | Magnetic suspension device of a rotor placed in a sealed enclosure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE1967086B2 (de) | 1978-05-03 |
DE1967086C3 (de) | 1979-01-04 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |