DE19823630A1 - Motorlager für schnelldrehende Kleinmotoren - Google Patents
Motorlager für schnelldrehende KleinmotorenInfo
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Abstract
Motorlager für schnelldrehende Kleinmotoren, bestehend aus radialen und axialen Lagerkomponenten, wobei das axiale Lager als magnetisches Lager und das radiale Lager als Luftlager ausgeführt ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein Motorlager für schnelldrehende
Kleinmotoren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei
derartigen Kleinmotoren, die auf Drehzahlen bis zu 20 000 Umdrehungen
pro Minute betrieben werden besteht das Bedürfnis,
ein möglichst spielfreies und reibungsarmes Lager zu erzielen.
Derartige Motoren werden bevorzugt für den Antrieb von
Plattenspeichern eingesetzt, aber auch noch für den Antrieb von
Scannern, Kopiergeräten und dgl. Kleingeräte mehr.
Allen Motorausführungen ist gemeinsam, daß auf einem
feststehenden Basisflansch eine drehend angetriebene
Rotorglocke angeordnet ist, welche mit entsprechenden axialen
und radialen Lagern auf dem Basisflansch abgestützt ist. Als
Antriebsprinzip ist es bekannt, auf dem Basisflansch ein
Statorpaket an zuordnen, welches über einen Luftspalt mit einem
an der Innenseite des angetriebenen Rotors angeordneten
Magneten zusammen wirkt, also mit der sogenannten Rotorglocke.
Über ein entsprechend angebrachtes Drehfeld im Statorpaket wird
somit die Rotorglocke durch den magnetischen Schluß in
Drehbewegung versetzt.
Bei derartigen Kleinmotoren ist es also üblich, den mit hoher
Drehzahl rotierenden Rotor also die Rotorglocke mit einem
radialen und axialen Lager auszurüsten. Die Lager sollen
möglichst reibungsarm sein. Ein typischer Aufbau für eine
derartige Lageranordnung besteht darin, daß ein
Rillenkugellager verwendet wird, welches sowohl als radiales
Lager als auch als axiales Lager wirkt. Derartige Kugellager
haben den Nachteil, daß sie geschmiert werden müssen und
gegebenenfalls mechanische Vibrationen auslösen, die
unerwünscht sind und die Lebensdauer eines derartigen Motors
herabsetzen. Ferner wird der auf der Rotorglocke angeordnete
Gegenstand, z. B. ein Datenspeicher (Festplatte) durch diese
Erschütterungen nachteilig beeinflußt, so daß die Lese- und
Schreibgenauigkeit hierdurch beeinträchtigt wird.
Es ist ferner bekannt, die radiale Lagerkomponente von der
axialen Lagerkomponente zu trennen, indem man zwei
unterschiedliche Lager anordnet, von denen jedes eine
Lageraufgabe übernimmt. Als radiales Lager ist es bekannt ein
sogenanntes Nadel- oder Rollenlager zu verwenden, welches die
radiale Lagerkomponente aufnimmt, während es ferner bekannt
ist, als axiales Lager ein Kugellager oder ein Fluidlager zu
verwenden.
Ferner ist die Lagerkombination aus zwei Luftlagern oder zwei
Fluidlagern bekannt. Hierbei ist es bekannt, ein Luftlager
sowohl zur Aufnahme der radialen Lagerkomponenten als auch ein
zweites Luftlager zur Aufnahme der axialen Lagerkomponenten
vorzusehen.
Die Anordnung eines Luftlagers zur Aufnahme axialer
Lagerkomponenten ist relativ schwierig und aufwendig, weil die
notwendigen Toleranzen in diesem axialen Lagerspiel sehr eng
gehalten werden müssen, was die Herstellungskosten eines
derartigen Lagers stark erhöht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kleinmotor mit
einer Lageranordnung der eingangs genannten Art so
weiterzubilden, daß bei Vorhandensein eines an sich beliebigen
radialen Lagers, der Aufwand für die Herstellung des
dazugehörenden und davon getrennten axialen Lagers wesentlich
vermindert wird bei gleichzeitiger Erreichung wesentlich
verbesserter Lagereigenschaften.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die
technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß nun einem an sich
beliebigen radialen Lager, welches jedoch bevorzugt als
Luftlager ausgebildet ist, ein magnetisches Axiallager
zugeordnet ist.
Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche
Vorteil, daß nun als axiales Lager ein Magnetlager verwendet
wird, welches bevorzugt als aktives Magnetlager ausgebildet
ist.
In einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es
vorgesehen, daß das aktive Magnetlager einseitig gegen eine
magnetische Vorspannung arbeitet, während in einem zweiten
Ausführungsbeispiel das besagte aktive Magnetlager zweiseitig
gegen von beiden Seiten her angelegte magnetische Vorspannungen
arbeitet.
Weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung ist, daß dieses
erfindungsgemäße axiale Magnetlager einseitig angeordnet ist,
d. h. also an der einen Seite der Rotorglocke und nicht
beidseitig.
Damit besteht der wesentliche Vorteil, daß der Lageraufwand
wesentlich geringer wird, denn dank dieser Anordnung ist nun
das axiale Magnetlager in der Lage, sowohl in der einen als
auch in der anderen Richtung die wirkenden axialen Lagerkräfte
aufzunehmen, obwohl nur ein einziges Lager vorhanden ist.
Damit ergibt sich der weitere Vorteil, daß eine leichte
Demontage möglich ist, denn die Rotorglocke kann einfach nach
oben abgenommen werden, wodurch das an der Innenseite der
Rotorglocke angeordnete axiale Magnetlager getrennt wird.
Es bedarf also nicht der Demontage eines zweiten, (hier nicht
vorhandenen), Lagers, wie es im Stand der Technik eventuell
bekannt ist.
Wichtig ist also, daß das aktive Magnetlager entweder an der
oberen Innenseite der Rotorglocke - in einer anderen
Ausführungsform aber - an der unteren Seite der Rotorglocke
angeordnet sein kann. Wichtig bei beiden Ausführungsbeispielen
ist, daß lediglich ein einziges axiales Magnetlager vorhanden
ist, - weil es gegen Vorspannungen auf beiden Seiten arbeitet - so
daß es in der Lage ist, die in beiden Richtungen wirkenden
axialen Lagerkräfte aufzunehmen. Damit wird der
Herstellungsaufwand eines derartigen Kleinmotors wesentlich
verringert und es kommt im Übrigen zu einer Stabilisierung der
Rotorglocke, weil die Rotorglocke durch dieses axiale
Magnetlager gegen Verkippen geschützt ist; es werden keine
mechanischen Vibrationen - wie bei mechanischen Lagern be
kannt - eingetragen und dadurch ergibt sich eine größere Laufruhe.
Hieraus resultiert im Übrigen eine verbesserte Lebensdauer.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
ist vorgesehen, daß das axiale Magnetlager im wesentlichen
besteht aus einer Spule mit Rückschlußring, welcher thermisch
entkoppelt zum radial angeordneten Luftlager ist, wobei diese
Spule in axialer Richtung auf einen Anker wirkt, der demzufolge
in axialer Richtung von dieser Spule mehr oder weniger
angezogen wird. Nachdem der Anker fest mit der Rotorglocke
verbunden ist wird somit die Rotorglocke in axialer Richtung
durch entsprechende Beaufschlagung der Spule mehr oder weniger
in axialer Richtung eingestellt.
Die axiale Vorspannung der Rotorglocke, gegen welche die mit
Strom beaufschlagte Spule arbeitet, wird im ersten
Ausführungsbeispiel durch zwei gegensätzlich gepolte
Permanentmagneten erreicht, die z. B. mit ihren beiden
gleichnamigen Polen sich abstoßen und hierdurch eine
Abstoßungswirkung auf die Rotorglocke ausüben, welche
andererseits von der mit Strom beaufschlagten entgegengewirkt
wird. Auf diese Weise kann durch die Strombeaufschlagung der
Spule das axiale Lagerspiel der Rotorglocke genauestens
eingestellt werden.
Um ein bestimmtes Maß einzustellen wird es bevorzugt, wenn ein
Sensor verwendet wird, welcher das axiale Lagerspiel überwacht
und welcher Sensor über eine zugeordnete Regelung mit der
Stromversorgung der Spule verbunden ist, so daß eine
automatische Regelung des Lagerspiels auf eine konstanten Wert
gewährleistet wird.
Selbstverständlich ist vorgesehen, daß dieses Lagerspiel
einstellbar ausgebildet ist.
Als Positionssensor können hier verschiedene Ausführungen
verwendet werden. In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen,
daß ein kapazitiv oder induktiv wirkender Sensor vorhanden ist,
der den Abstand im Lagerspalt von einer feststehenden Fläche zu
der gegenüberliegenden rotierenden Fläche mißt und entsprechend
erfaßt.
In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann
es vorgesehen sein, daß der Sensor optisch ausgebildet ist und
die Einstellung des axialen Lagerspiels über einen optischen
Sensor erfolgt.
In einer dritten Ausführungsform kann ein induktiver Sensor in
der Weise vorgesehen werden, daß dem in der Rotorglocke
angeordneten, rotierenden Magneten eine feststehende
Induktionsspule gegenüberliegt, in welcher eine entsprechende
Induktionsspannung induziert wird. Je nach Größe des axialen
Luftspaltes zwischen diesen beiden Teilen wird somit eine mehr
oder weniger Große Induktionsspannung in der Induktionsspule
induziert, die direkt proportional zu dem axialen Lagerspiel
ist. Auf diese Weise kann ebenfalls das Lagerspiel sehr genau
geregelt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
es vorgesehen, daß statt einer permanentmagnetischen
Vorspannung der Rotorglocke in axialer Richtung eine aktiver
Vorspannung durch zwei gegeneinander gerichtete Spulen erfolgt,
die zwischen sich einen Luftspalt ausbilden, in dem eine
drehfest mit der Rotorglocke verbundene Scheibe rotiert.
Je nach Strombeaufschlagung der oberen oder der unteren Spule
wird somit die mit der Rotorglocke fest verbundene
Metallscheibe in axialer Richtung mehr nach oben oder unten
bewegt, und hierdurch wird ebenfalls das Magnetlager
entsprechend eingestellt.
Während also im erst genannten Ausführungsbeispiel eine
stromdurchflossene Spule und eine paarweise angeordnete
permanent Magnetanordnung vorhanden war, wird im zweiten
Ausführungsbeispiel zwei stromdurchflossene Spulen
vorgeschlagen, welche zwischen sich einen Luftspalt ausbilden,
indem eine metallische und magnestisch aktive Scheibe rotiert,
welche drehfest mit der Rotorglocke verbunden ist.
Je nach Stromfluß der oberen und der unteren Spule wird somit
die mit dem Rotor verbundene Scheibe in axialer Richtung mehr
nach oben oder unten bewegt, wobei ebenfalls eine genaue
Regelung dieses axialen Einstellspiels durch den vorher
erwähnten Positionssensor und die vorher erwähnte Regelung
stattfindet.
In einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist
die Kombination eines Luftlagers ebenfalls mit einem axialen
Magnetlager vorgesehen, wobei jedoch das Luftlager nicht als
rein radiales Lager funktioniert, sondern in der Lage ist,
sowohl radiale als auch axiale Lagerkomponenten aufzunehmen.
Hierbei wird es bevorzugt, wenn dieses Luftlager als Toroid-
Lager ausgebildet ist, welches - definitionsgemäß - sowohl
axiale als auch radiale Lagerkomponenten aufnimmt.
Bei der Ausbildung des aktiven Magnetlagers als axiales Lager
sind wieder die beiden vorher genannten Ausführungsformen
möglich.
Dies bedeutet, daß erfindungsgemäß es bevorzugt wird, wenn als
radiales Lager ein zylindrisches Luftlager oder ein Toroid-
Lager verwendet wird, während als axiales Lager stets ein
Magnetlager verwendet wird.
In einer anderen Ausgestaltung ist auch die Lagerpaarung
vorgesehen, daß das vorher erwähnte radiale und im wesentlichen
zylindrisch ausgebildete Luftlager noch zusätzlich mit einem
axialen Luftlager kombiniert wird, welches seinerseits mit dem
vorher erwähnten axialen Magnetlager kombiniert ist. Es findet
also eine Luftlageranordnung bestehend aus einem radialen
Luftlager und einem axialen Luftlager in Verbindung mit einem
axialen Magnetlager Anwendung. Hierdurch ergeben sich ebenfalls
wesentliche Vorteile, weil durch eine durchdachte Anordnung
eines zusätzlichen axialen Luftlagers eine genauere axiale
Positionierung der Rotorglocke möglich ist.
Dieses zusätzliche axiale Luftlager wirkt dann als zusätzlicher
Träger der die Kippschwingungen stabilisiert und damit noch zu
einer weiter verbesserten Laufruhe des Rotors führt.
Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich
nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche,
sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche
untereinander.
Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung,
offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den
Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als
erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in
Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere
Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert.
Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung
weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der
Erfindung hervor.
Es zeigen:
Fig. 1 Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Lagers
mit einem radialen Luftlager und einem axialen
Magnetlager und permanentmagnetischer Vorspannung,
Fig. 2 Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der
Erfindung mit einem radialen Luftlager und einem
doppelt wirkendem axialen Magnetlager,
Fig. 3 Vergrößerte Darstellung nach Fig. 2,
Fig. 4 Eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit
Darstellung eines Toroid-Luftlagers in Verbindung mit
einem axialen Magnetlager.
In Fig. 1 ist in einem Basisflansch 1 eine mittlere Ausnehmung
2 definiert, in welcher eine Welle 3 fest über eine Schraube 4
befestigt ist. In an sich bekannter Weise trägt der
Basisflansch 1 in seiner Ausnehmung 5 ein Statorpaket 6,
welches im Wesentlichen aus einer inneren Hülse 10 besteht, von
der radial auswärts sich, in an sich bekannter Weise, der Kern
mit der Statorbespulung erstreckt.
Auf der Welle 3 ist eine Rotorglocke 9 drehbar angeordnet, die
an ihrer unteren Innenseite einen Ringmagnet 7 trägt, der am
Umfang der Rotorglocke 9 angeordnet ist und von dem im
Statorpaket 6 erzeugten Drehfeld mitgenommen wird.
Der Ringmagnet 7 ist radial auswärts in einen Rückschlußring 8
eingesetzt, welcher den magnetischen Kreis im Rotor schließt.
Auf der Welle 3 ist eine Lagerhülse 11 drehfest angeordnet,
deren radiale Außenseite als Luftlager 12 ausgebildet ist.
Im Ausführungsbeispiel ist dargestellt, daß das Luftlager als
radiales Lager ausgebildet ist und sich über eine entsprechende
axiale Länge der Lagerhülse 11 erstreckt. Es sind ferner von
einem Anschlußkanal 15 ausgehende Luftkanäle 14 vorhanden, die
ihrerseits in Anschlußkanäle 13 führen, welche das gesamte
Luftlager 12 mit von außen her zugeführter Luft versorgen.
Wichtig hierbei ist, daß das Luftlager 12 eine nicht näher
dargestellte Spiralrillenstruktur aufweist, mit welcher es
möglich ist, daß bei sich drehender Rotorglocke 9 die Luft
selbständig über den Anschlußkanal 13 angesaugt wird und unter
Druck in das Luftlager 12 eingespeist wird. Auf diese Weise
wird ein sich selbst versorgendes Luftlager 12 verwirklicht,
welches bei steigender Drehzahl eine entsprechende Steifigkeit
erhält.
Innenseitig trägt die Lagerhülse 11 eine thermische Isolierung
16, die ebenfalls als Hülse ausgebildet ist und aus einem
schlecht wärmeleitenden Material besteht.
Radial einwärts der thermischen Isolierung 16 ist ein äußerer
Rückschlußring 17 angeordnet, an dem wiederum innenseitig die
Spule 18 angeordnet ist.
Radial einwärts der Spule 18 ist der innere Rückschlußring 19
angeordnet. Die beiden Rückschlußringe 17, 19 sind miteinander
magnetisch verbunden.
Durch Strombeaufschlagung der Spule 18 mit einem Gleichstrom
wirkt diese in axialer Richtung stirnseitig auf einen Spalt 54.
In geringem Abstand zu der oberen Stirnseite der Spule 18 ist
hierbei nämlich ein Anker 20 angeordnet, welcher drehfest mit
der Rotorglocke 9 verbunden ist und der seinerseits von einem
aus Metall bestehenden Deckel 21 abgeschlossen ist.
Der Anker 20 wird also in axialer Richtung mehr oder weniger
von der Stirnseite der Spule 18 angezogen, je nachdem in
welchem Maße die Spule 18 mit Gleichstrom versorgt wird.
Im Gegensatz zu der Anziehungswirkung der Spule 18 auf den
Anker 20 ist eine magnetische Vorspannung vorgesehen, die im
gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei gleichsinnig gepolten
Permanentmagneten 22, 23 besteht, wobei der eine Permanentmagnet
22 im Deckel 21 drehfest angeordnet ist und demzufolge mit der
Rotorglocke 9 rotiert, während der andere Permanentmagnet 23
feststehend mit dem inneren Rückschlußring 19 verbunden ist.
Zwischen den beiden Permanentmagneten 22, 23 wird also im
Bereich des Abstandes 24 eine Abstoßungskraft erzeugt, welche
der Anziehungskraft der Spule 18 auf den Anker 20
entgegenwirkt.
Damit kann der Spalt 54 zwischen der Stirnseite der
Rückschlußringe 19, 17 und der Unterseite des Ankers 20 sehr
fein eingestellt werden.
Zur Regelung dieses Abstandes ist es ferner vorgesehen, daß im
feststehenden Permanentmagnet 23 ein Positionssensor 29
angeordnet ist, welcher den Abstand 24 zu der
gegenüberliegenden, rotierenden Fläche erfaßt und den
Spulenstrom entsprechend regelt.
Der Lagerspalt wird im Übrigen in Form des Luftspalts 25
fortgesetzt.
Es wurde eingangs bei einer der Modifikationen der Erfindung
erwähnt, daß an der Stelle des Lagerspaltes 25 ein Luftlager 26
angeordnet sein kann, so daß also das hier gezeigt radiale
Luftlager 12 noch mit dem in axialer Richtung wirkenden
Luftlager 26 kombinierbar ist.
Im Übrigen weist die Rotorglocke 9 noch zu den feststehenden
Teilen des Basisflansches 1 die Luftspalte 27, 28 auf, um ein
freies Drehen zu garantieren.
In den Fig. 2 und 3 ist als weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt, daß anstatt der Erzeugung einer
permanentmagnetischen Vorspannung auf die Rotorglocke 9 eine
regelbare magnetische Vorspannung dadurch erzeugt werden kann,
daß zwei gegensätzlich gepolte Spulen 34, 35 einen Luftspalt 40
zwischen sich ausbilden, in dem eine magnetisch wirksame
Metallscheibe 36 rotiert.
Hierbei ist vorgesehen, daß an der Welle in einem
Spulenrückschluß 42 eine untere, feststehende Spule 35
angeordnet ist, der eine obere, ebenfalls feststehende Spule 34
in einem Spulenrückschluß 41 gegenüberliegt.
Zwischen den beiden Spulen 34, 35 ist der vorher erwähnte
Luftspalt 40 angeordnet, in dem die magnetisch wirksame
Metallscheibe 36 rotiert.
Hierbei ist wichtig, daß die Metallscheibe 36 drehfest mit der
Rotorglocke verbunden ist.
Zur Verbindung der Metallscheibe 36 mit der Rotorglocke ist
eine besondere Anordnung vorgesehen, für die getrennter
Erfindungsschutz im Rahmen der vorliegenden Erfindung
beansprucht wird.
Die Rotorglocke ist - wie vorher gezeigt - mit einem Deckel 21
verbunden. An der Innenseite des Deckels ist eine Aussparung
angeordnet, in welcher ein Magnet 37 in einer Befestigung 38
befestigt ist. Somit rotiert der Magnet 37 mit dem Deckel und
der Rotorglocke zusammen.
Der Innenumfang der Scheibe 36 liegt hierbei an einer
Zentrierschräge 39 am Deckel 21 an, so daß die Metallscheibe 36
genau zentrisch zur Mittellinie 45 zentriert wird. Der Magnet
37 zieht magnetisch diese Metallscheibe 36 an und nimmt diese
mit. Somit ist die Metallscheibe aufgrund dieses magnetischen
Mitnehmers sowohl in axialer Richtung als auch in radialer
Richtung genau zur Mittellinie 45 zentriert.
Damit ist eine einfache Montage der gesamten Anordnung möglich,
denn zur Demontage braucht nur der Deckel 21 zusammen mit der
Rotorglocke 9 nach oben abgehoben werden, wodurch ebenfalls der
Magnet 37 abgehoben wird und hierbei die magnetische Haftung zu
der Metallscheibe 36 aufgehoben wird. Die Metallscheibe 36 kann
somit in der Anordnung verbleiben und braucht nicht selbst
demontiert zu werden.
Es wird nun ein Magnetlager vorgeschlagen, weil die beiden
Spulen 34, 35 jeweils getrennt mit Strom versorgt sind und
zwischen sich im Luftspalt 40 ein Magnetfeld erzeugen, welches
die Metallscheibe 36 mehr oder weniger in axialer Richtung nach
oben oder unten bewegt. Hierbei wird es bevorzugt, wenn die
beiden Spulen 34, 35 so mit Strom versorgt werden, daß die
Metallscheibe in einem etwa mittleren Bereich in dem Luftspalt
40 (bei Wegfall der Regelung) automatisch gehalten wird.
Zusätzlich wird noch eine Regelung überlagert, welcher eine
Feineinstellung der Metallscheibe 36 im Luftspalt 40
gewährleistet. Hierzu ist wiederum ein ortsfest angeordneter
Positionssensor 43 vorgesehen, der mit seiner Stirnkante über
einen Abstand 44 hinweg eine gegenüberliegende Kante 46 an der
drehenden Rotorglocke erfaßt.
Dieser Abstand 44 wird also von dem Positionssensor 43
fortlaufend erfaßt als Istwert eine Regelungsstrecke
eingegeben.
Anhand der Fig. 2 und 3 kann noch gezeigt werden, daß das
radiale Luftlager 12 sich von den Positionen 31 bis zur
Position 32 erstreckt.
Damit ein eventuell vorhandener scheibenförmiger Datenträger
mit der Rotorglocke mitgenommen wird, ist ein Mitnehmer in Form
einer Feder 33 vorgesehen, welche sich einerseits am Deckel 21
und andererseits an der Oberseite des scheibenförmigen
Datenträgers abstützt.
In einer letzten Ausführungsform ist dargestellt, daß das
vorher erwähnte magnetische Lager (sowohl nach der Fig. 1 als
auch nach den Fig. 2 und 3) mit einem Toroid-Luftlager
kombiniert werden kann. Ein solches Luftlager 47 ist in Fig. 4
dargestellt. Dort ist erkennbar, daß dieses Luftlager sowohl
axiale Lagerkomponenten als auch radiale Lagerkomponenten
aufnehmen kann und hierbei noch mit einem zusätzlichen
magnetischen axialen Lager kombiniert ist. Im einzelnen ist
erkennbar, daß ein Stator 48 vorhanden ist, in dem mindestens
eine Spule 51 vorhanden ist, die auf einen Gegenpol 50 wirkt,
welcher seinerseits mit seiner Stirnfläche einem
Permanentmagneten 49 gegenüberliegt, so daß hier wiederum eine
Tragkraft dadurch erzeugt wird, daß in dem Luftspalt eine
anziehende Kraft in Pfeilrichtung 53 erzeugt wird, während
durch das vorher genannte Toroid-Luftlager eine abstoßende
Kraft in Pfeilrichtung 52 erzeugt wird. Auch hier kann durch
eine entsprechende, zugeordnete Regelung der Abstand im
Luftspalt 40 sehr fein geregelt werden.
Aus dem letzt genannten Ausführungsbeispiel ergibt sich, daß
die vorliegende Erfindung nicht auf die Kombination eines
radialen Luftlagers mit einem axialen Magnetlager beschränkt
ist, sondern es kann auch die Kombination von einem radialen
und zusätzlich einem axialen Luftlager in Verbindung mit einem
axialen Magnetlager verwirklicht werden. Versuche des Anmelders
gaben gezeigt, daß eine überlegene Laufruhe erzielt wird, bei
gleichzeitig geringen Herstellungskosten und hoher Lebensdauer.
Unter dem Begriff hydrodynamisches Lager wird ein Luftlager
oder ein Fluidlager verstanden. Satt Luft als Lagermedium wird
bei einem Fluidlager eine Flüssigkeit verwendet.
1
Basisflansch
2
Ausnehmung
3
Welle
4
Schraube
5
Ausnehmung
6
Statorpaket
7
Ringmagnet
8
Rückschlußring
9
Rotorglocke
10
Hülse
11
Lagerhülse
12
Luftlager
13
Anschlußkanal
14
Luftkanal
15
Anschlußkanal
16
thermische Isolierung
17
Rückschlußring (außen)
18
Spule
19
Rückschlußring (innen)
20
Anker
21
Deckel
22
Permanentmagnet (oben)
23
Permanentmagnet (unten)
24
Abstand
25
Lagerspalt
26
Luftlager
27
Luftspalt
28
Luftspalt
29
Positionssensor
30
31
Position
32
Position
33
34
Spule (oben)
35
Spule (unten)
36
Metallscheibe
37
Magnet
38
Befestigung
39
Zentrierschräge
40
Luftspalt
41
Spulenrückschluß
42
Spulenrückschluß
43
Positionssensor
44
Abstand
45
Mittellinie
46
Kante
47
Luftlager
48
Stator
49
Magnet
50
Gegenpol
51
Spule
52
Pfeilrichtung
53
Pfeilrichtung
54
Spalt
Claims (14)
1. Motorlager für schnelldrehende Kleinmotoren bestehend aus
radialen und axialen Lagerkomponenten, dadurch
gekennzeichnet, daß das axiale Lager als magnetisches Lager
ausgeführt ist und das radiale Lager als hydrodynamisches
Lager ausgebildet ist.
2. Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
axiale Lager als aktives Magnetlager ausgebildet ist, das
zweiseitig gegen magnetische Vorspannung von beiden Seiten
her arbeitet.
3. Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
axiale Lager als aktives Magnetlager ausgebildet ist, das
einseitig gegen eine magnetische Vorspannung arbeitet.
4. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die axiale magnetische Vorspannung durch
mindestens eine Spule unter Verwendung einer Regelung und
eines geeigneten Sensors, zur Überwachung des axialen
Lagerspiels, erfolgt.
5. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die axiale magnetische Lagerung mittels
einer magnetisch wirksamen Metallscheibe (36) und zwei Spulen
(34, 35), die zur Erzeugung von zwei voneinander unabhängigen
Magnetfeldern dienen, erfolgt.
6. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Metallscheibe (36) durch Magnetkraft
drehfest aber lösbar an der Rotorglocke (9) fixiert ist,
wobei die radiale und axiale Zentrierung der Metallscheibe
(36) an ihrer Mittenbohrung durch eine Zentrierschräge (39)
an einem Aufnehmer erfolgt, der vom Deckel (21) nach innen
ragt.
7. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Metallscheibe (36) durch überwinden
der fixierenden Magnetkraft vom Deckel (21) getrennt werden
kann, wobei die Metallscheibe (36) zwischen den beiden
übereinander angeordneten Spulen (34, 35) verbleibt.
8. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß das axiale Magnetlager aus einer Spule
mit Rückschlußring besteht, wobei die Spule in axialer
Richtung auf einen Anker wirkt, der mit der Rotorglocke fest
verbunden ist.
9. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das axiale Lager alleine als einzelnes
auf der Motorachse (45) angeordnetes Magnetlager die axialen
Kräfte aus beiden Richtungen aufnimmt.
10. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das axiale Lager als rotierendes
Magnetlager zusätzlich radiale Kräfte gegen verkippen
aufnimmt.
11. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das axiale Lager von der Mittellinie
(45) beabstandet zusätzlich radiale Kräfte gegen verkippen
aufnimmt.
12. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß das radiale Lager als Luftlager in der
Form eines Toroidlagers ausgeführt ist, das geeignet ist,
neben den radialen auch axiale Kräfte aufzunehmen
13. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das radiale Lager aus zwei Luftlagern
besteht, aus einem herkömmlichen Luftlager und zusätzlich
einem Toroidlager.
14. Motorlager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß das axiale Magnetlager zum radial
angeordneten Luftlager thermisch entkoppelt ist.
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