DE19910872A1

DE19910872A1 - Bearing arrangement for turning device

Info

Publication number: DE19910872A1
Application number: DE1999110872
Authority: DE
Inventors: Kachu Ishizuka
Original assignee: Copal Electronics Co Ltd
Current assignee: Nihon Densan Copal Denshi Kk Tokio/tokyo Jp
Priority date: 1998-03-12
Filing date: 1999-03-11
Publication date: 1999-10-14
Also published as: GB2335242A; GB9904382D0; FR2776037A1; CN1229307A

Abstract

Die Erfindung schafft eine Lageranordnung mit einem Satz oder zwei Sätzen Magnetlager (3, 4) zur radialen Lagerung eines Rotors (1) einer Drehvorrichtung an zwei Lagerstellung kontaktlos durch Magnetkräfte, wobei die Magnetlager (3, 4) so angeordnet sind, daß die axialen Kräfte in entgegengesetzten axialen Richtungen verlaufen und mit einem Drehlager (5a), das auf der Achse des Rotors (1) zur Lagerung des einen Endes des Rotors (1) angeordnet ist, wobei bei einer Verschiebung des Rotors in axialer Richtung aus einer neutralen Position alle axialen Kräfte am Rotor (1) im Gleichgewicht sind.The invention relates to a bearing arrangement with one set or two sets of magnetic bearings (3, 4) for the radial mounting of a rotor (1) of a rotating device at two bearing positions without contact by magnetic forces, the magnetic bearings (3, 4) being arranged such that the axial forces run in opposite axial directions and with a rotary bearing (5a) which is arranged on the axis of the rotor (1) for mounting one end of the rotor (1), with all axial displacement of the rotor in the axial direction from a neutral position The forces on the rotor (1) are in balance.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung für Drehvorrichtungen wie Motoren und dgl., durch die eine geringe Geräuscherzeugung und eine hohe Lebensdauer bei geringen Kosten in einem Bereich von niedrigen bis zu sehr hohen Drehzahlen erreicht werden kann, und insbesondere eine Lageranordnung für kleine Drehvor richtungen, wie Gebläsemotoren mit hoher Drehzahl, Scannermotoren und dgl., bei denen eine geringe Geräuscherzeugung, eine hohe Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit gefordert werden.The invention relates to a bearing arrangement for rotary devices such as motors and Like. By which a low noise generation and a long service life low cost in a range from low to very high speeds can be achieved, and in particular a bearing arrangement for small Drehvor directions such as high speed blower motors, scanner motors and the like which a low noise generation, a long service life and a long Reliability are required.

Es ist bekannt, dynamische Luftdrucklager und Magnetlager als kontaktlose Lager zur Lagerung von mit hoher Drehzahl drehenden Wellen zu verwenden. Das Luftdrucklager bewirkt eine Lagerung in radialer Richtung, wobei ein Luftdruck zwi schen der Welle und einer Buchse vorhanden ist, jedoch verhält es sich in einem Bereich niedriger Drehzahlen in der gleichen Weise wie ein Lager mit Kontakt, so daß das Problem der Abnutzung beim Starten und Stoppen auftritt. Magnetlager sind dagegen so aufgebaut, daß sie eine Lagerung in radialer Richtung oder in axialer Richtung durch Ausnutzung der Anziehungs- und Abstoßungskräfte von Magneten ausnutzen.It is known to use dynamic air pressure bearings and magnetic bearings as contactless bearings for the storage of shafts rotating at high speed. The Air pressure bearing causes storage in the radial direction, an air pressure between the shaft and a socket is present, but it behaves in one Low speed range in the same way as a bearing with contact, so that the problem of wear occurs when starting and stopping. Are magnetic bearings on the other hand, constructed so that they are supported in the radial direction or in the axial Direction by using the attraction and repulsion forces of magnets exploit.

Radiale Magnetlager, die so aufgebaut sind, daß eine Zentripetalkraft durch Aus nutzung der Abstoßungskräfte von Magneten erzielt wird, erzeugen gleichzeitig ex zentrische Kräfte in axialer Richtung, und axiale Magnetlager, die so aufgebaut sind, daß sie eine axiale Last durch Ausnutzung der Anziehungskräfte bzw. Abstoßungs kräfte von Magneten lagern, erzeugen gleichzeitig exzentrische Kräfte in radialer Richtung. Es ist daher schwierig, eine Lagerung gleichzeitig in radialer und axialer Richtung nur durch eine Kombination von Permanentmagneten zu erzielen, und es muß daher eine Erregungssteuerung unter Verwendung eines Elektromagneten für die radiale und die axiale Richtung durchgeführt werden, so daß sich ein komplizierter Aufbau und hohe Kosten ergeben. Radial magnetic bearings, which are constructed so that a centripetal force by Aus Use of the repulsive forces of magnets is generated, ex ex centric forces in the axial direction, and axial magnetic bearings, which are constructed that they have an axial load by utilizing the attraction or repulsion Bear the forces of magnets, at the same time generate eccentric radial forces Direction. It is therefore difficult to have a radial and axial bearing at the same time To achieve direction only through a combination of permanent magnets, and it must therefore be an excitation control using an electromagnet for the radial and axial directions are performed so that a complicated structure and high costs result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung zu schaffen, durch die ein Lager mit geringer Geräuscherzeugung, hoher Lebensdauer, geringen Kosten und hoher Zuverlässigkeit selbst bei hohen Drehzahlen ermöglicht wird.The invention has for its object to provide a bearing arrangement a bearing with low noise generation, long life, low Cost and high reliability is made possible even at high speeds.

Gelöst wird diese Aufgabe gem. der Erfindung durch die im Anspruch 1 angege benen Merkmale. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.This task is solved according to the invention by the specified in claim 1 characteristics. Expedient refinements of the invention result from the subclaims.

Die Lageranordnung nimmt somit eine radiale Last auf einen Rotor durch einen Satz oder zwei Sätze radialer Magnetlager auf, beseitigt Kräfte, die durch die Magnetlager in axialer Richtung erzeugt werden, oder beseitigt Kräfte, die von außen in axialer Richtung einwirken.The bearing arrangement thus takes a radial load on a rotor through one set or two sets of radial magnetic bearings, eliminates forces caused by the magnetic bearings generated in the axial direction, or eliminates external forces in the axial direction Act in the direction.

Die Lageranordnung gem. der Erfindung hat die folgenden Wirkungen:
Die Lageranordnung hat Magnetlager, die so angeordnet sind, daß die Axialkräfte in entgegengesetzten axialen Richtungen wirken, und ein Drehlager, das relativ zu einer neutralen Position verstellt wird, um das eine Ende des Rotors aufzunehmen, so daß die axialen Kräfte auf das Drehlager entsprechend den Verstellungen aus der neutralen Position wirken und eine quasi kontaktlose Lagerung nahe der neutralen Position erreicht wird, so daß sich eine Drehlagerung mit geringer Reibung und geringer Geräuscherzeugung über den gesamten Drehzahlbereich ergibt. Das Dreh lager hat eine geringe Reibung und hält demgemäß sehr hohe Drehzahlen ohne Geräuscherzeugung aus.The bearing arrangement acc. The invention has the following effects:
The bearing assembly has magnetic bearings that are arranged so that the axial forces act in opposite axial directions and a rotary bearing that is displaced relative to a neutral position to receive one end of the rotor so that the axial forces on the rotary bearing correspond to the Adjustments from the neutral position act and a quasi contactless bearing is achieved near the neutral position, so that there is a rotary bearing with low friction and low noise generation over the entire speed range. The rotary bearing has low friction and therefore can withstand very high speeds without generating noise.

Außerdem wird ein kontaktloser Zustand in radialer Richtung erreicht, so daß sich eine effektive Selbstausrichtung ergibt, die bei der Eigenkorrektur des dynamischen Gleichgewichts von großem Vorteil ist, so daß keine Vibrationen erzeugt werden. Auch ist die Lageranordnung sehr einfach so daß ein Lager hoher Leistung bei geringen Kosten geschaffen wird.In addition, a contactless state is achieved in the radial direction, so that effective self-alignment results in self-correction of the dynamic Balance is of great advantage, so that no vibrations are generated. Also, the bearing arrangement is very simple so that a high performance bearing low cost is created.

Die Anordnung eines Anschlags zur Begrenzung der Verschiebungen des Rotors in axialer Richtung innerhalb eines Verschiebungsbereichs, in dem die vom Rotor erzeugten axialen Kräfte in der gleichen Richtung wirken, ermöglicht eine stabile axiale Lagerung, selbst wenn sich der Rotor in axialer Richtung verstellt.The arrangement of a stop to limit the displacements of the rotor in axial direction within a range of displacement in which the rotor generated axial forces act in the same direction, enables stable axial bearing, even if the rotor moves in the axial direction.

Wenigstens eine der Lagerstellen des Rotors dient als Magnetlager mit Anziehung, so daß eine große radiale Lagerfestigkeit erreicht wird, und das Lager eine geringe Konstruktionsgröße haben kann. Das Magnetlager mit Anziehung hat statorseitige und rotorseitige Magnete, die durch konzentrische und beabstandete Anordnung zweier ringförmiger Magnete gebildet sind, die in axialer Richtung mit den Magneti sierungsrichtungen entgegengesetzt magnetisiert sind, wobei beide Magnete entge gengesetzt zueinander angeordnet sind, so daß sie einander in axialer Richtung an ziehen, und ein streufeldfreier geschlossener Magnetkreis gebildet wird, wodurch eine große radiale Festigkeit infolge der hohen Magnetflußdichte erzielt wird.At least one of the rotor bearings serves as a magnetic bearing with attraction, so that a large radial bearing strength is achieved and the bearing is low Construction size can have. The magnetic bearing with attraction has a stator side and rotor-side magnets created by concentric and spaced arrangement two ring-shaped magnets are formed, which are in the axial direction with the magneti directions are magnetized in opposite directions, with both magnets opposite are arranged opposite each other so that they face each other in the axial direction pull, and a stray field-free closed magnetic circuit is formed, whereby great radial strength is achieved due to the high magnetic flux density.

Wenigstens eine der Lagerstellen für den Rotor dient als Magnetlager mit Ab stoßung, so daß die Montage erleichtert wird, da der Rotor von der Lagerseite in axialer Richtung eingesetzt werden kann. Außerdem hat das Magnetlager mit Abstoßung statorseitige und rotorseitige Magnete, die durch lineare und beabstan dete Anorndnung mehrerer ringförmiger Magnete gebildet sind, die in axialer Richtung magnetisiert sind, und deren Magnetisierungsrichtungen gleich sind, wobei beide Magnet entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, so daß sie sich in radialer Richtung abstoßen, und eine hohe Lagerkraft nur durch eine Massenpolarisierungs behandlung in einem einzigen Vorgang sichergestellt werden kann.At least one of the bearing points for the rotor serves as a magnetic bearing with Ab bumping, so that the assembly is easier, since the rotor from the bearing side in axial direction can be used. The magnetic bearing also has Repulsion stator-side and rotor-side magnets by linear and beabstan Dete arrangement of several ring-shaped magnets are formed in the axial direction are magnetized, and their directions of magnetization are the same, both Magnet are arranged opposite to each other so that they are in radial Repel direction, and a high bearing force only through mass polarization treatment can be ensured in a single operation.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1-8 beispielsweise erläutert. Es zeigt:The invention is explained below with reference to FIGS. 1-8, for example. It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Lageranordnung in einer ersten Ausführungs form; Fig. 1 is a longitudinal section of a bearing assembly in a first embodiment;

Fig. 2 einen Querschnitt eines Teils einer anderen Konstruktion der Lageran ordnung der Fig. 1; Fig. 2 is a cross section of part of another construction of the Lageran arrangement of Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt des Teils der Lageranordnung in Fig. 2 in einer weiteren Konstruktion;3 shows a cross section of the part of the bearing arrangement in Figure 2 in a further construction..;

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Lageranordnung in einer zweiten Ausfüh rungsform; Fig. 4 is a longitudinal section approximately the form of a bearing assembly in a second exporting;

Fig. 5 einen Querschnitt eines Teils der Lageranordnung in einer weiteren Konstruktion;5 shows a cross section of a portion of the bearing assembly in a further construction.

Fig. 6 einen Querschnitt des Teils der Lageranordnung der Fig. 5 in einer weiteren Konstruktion; Fig. 6 shows a cross section of the part of the bearing arrangement of Figure 5 in another construction.

Fig. 7 einen Längsschnitt einer Lageranordnung in einer dritten Ausführungs form; und Fig. 7 is a longitudinal section of a bearing assembly in a third embodiment; and

Fig. 8 einen Längsschnitt des Verschiebungszustands der Lageranordnung der Fig. 7. Fig. 8 is a longitudinal section of the displacement state of the bearing assembly of Fig. 7.

Die Fig. 1-3 zeigen eine erste Ausführungsform einer Lageranordnung, die ein radiales Magnetlager mit axialer Anziehung hat. Die Fig. 4-6 zeigen eine zweite Ausführungsform einer Lageranordnung, die ein radiales Magnetlager mit radialer Abstoßung hat. Stationäre Elemente wie ein Anker oder eine Last wie z. B. ein Ge bläse, oder ein Polygonspiegel, die an einem Stator und an einem Rotor befestigt werden sollen, sind nicht gezeigt. Figs. 1-3 show a first embodiment of a bearing assembly having a radial magnetic bearing with axial attraction. Figs. 4-6 show a second embodiment of a bearing assembly having a radial magnetic bearing with radial rejection. Stationary elements such as an anchor or a load such as B. a Ge blower, or a polygon mirror to be attached to a stator and a rotor are not shown.

Die Lageranordnung hat einen Rotor 1, der in Magnetlagern 3, 4 an zwei Stellen re lativ zu einem Stator 2 drehbar gelagert ist. Ein zylindrischer, rotorseitiger Magnet 3a, der in axialer Richtung magnetisiert ist, ist am einen Ende des Rotors 1 befestigt, und ein zylindrischer statorseitiger Magnet 3b, der in gleicher Weise in axialer Richtung magnetisiert ist, ist am Stator 2 dem statorseitigen Magneten 3a zugewandt unter Bildung eines Spaltes G1 befestigt, so daß der rotorseitige Magnet 3a und der statorseitige Magnet 3b einander anziehen und ein radiales Magnetlager 3 bilden. The bearing arrangement has a rotor 1 , which is rotatably mounted in magnetic bearings 3 , 4 at two locations relative to a stator 2 . A cylindrical, rotor-side magnet 3 a, which is magnetized in the axial direction, is attached to one end of the rotor 1 , and a cylindrical stator-side magnet 3 b, which is magnetized in the same way in the axial direction, is on the stator 2, the stator-side magnet 3 a facing attached to form a gap G1, so that the rotor-side magnet 3 a and the stator-side magnet 3 b attract each other and form a radial magnetic bearing 3 .

In gleicher Weise besteht das radiale Magnetlager 4 aus einem rotorseitigen Magneten 4a, der am anderen Ende des Rotors 1 befestigt ist, und einem statorseitigen Magneten 4b, der am Stator 2 unter Bildung eines Spaltes G2 (G2 < G1) befestigt ist, so daß der rotorseitige Magnet und der statorseitige Magnet einander anziehen. Ein Drehlager 5 besteht aus einem Kugelkörper 5a, der zwischen der eine Ausnehmung 5b bildenden, zur Drehachse 7 konzentrischen Endfläche des Rotors 1 und einem Drehlagerabschnitt 5c seitlich am Stator 2 angeordnet ist. Ein ringförmiger Abstandshalter 6 aus nichtmagnetischem Material mit einer Dicke G3 (G3 < G2) ist an der einen Endfläche des statorseitigen Magneten 4b im Spalt G2 des radialen Magnetlagers 4 befestigt.In the same way, the radial magnetic bearing 4 consists of a rotor-side magnet 4 a, which is attached to the other end of the rotor 1 , and a stator-side magnet 4 b, which is attached to the stator 2 to form a gap G2 (G2 <G1), so that the rotor-side magnet and the stator-side magnet attract each other. A rotary bearing 5 consists of a spherical body 5 a, which is arranged laterally on the stator 2 between the end face of the rotor 1 forming a recess 5 b and concentric with the axis of rotation 7 and a rotary bearing section 5 c. An annular spacer 6 of non-magnetic material having a thickness G3 (G3 <G2) b at the one end surface of the stator magnet 4 in the gap G2 of the radial magnetic bearing 4 is fixed.

Bei diesem Aufbau verleiht das radiale Magnetlager 3 dem Rotor 1 eine Zentripetal kraft in radialer Richtung und übt eine Anziehungskraft F1 auf den Rotor 1 nach links in der Zeichenebene aus. In gleicher Weise verleiht das radiale Magnetlager 4 dem Rotor 1 eine Zentripetalkraft in radialer Richtung und übt eine Anziehungskraft F2 auf den Rotor nach rechts in der Zeichenebene aus. Die Kräfte F1 und F2 hängen selbstverständlich von den Abmessungen und den magnetischen Charakteristika der beiden radialen Magnetlager 3 und 4 und auch von den jeweiligen Spalten G1, G2 ab, vorausgesetzt, daß diese Abmessungen und magnetischen Charakteristika gleich sind. Bei diesem Aufbau ist der Spalt G2 größer als der Spalt G1, so daß die Kraft F1 die Kraft F2 übersteigt und eine Differenzkraft zwischen den Kräften F1 und F2 auf das Drehlager 5 wirkt. Wenn der Spalt G2 dem Spalt G1 gleich wird, d. h. nahe einer neutralen Position, in der die Druckkräfte im Gleichgewicht sind, nähert sich die auf das Drehlager 5 wirkende Kraft Null, so daß ein quasi kontaktfreier Zu stand geschaffen werden kann.With this structure, the radial magnetic bearing 3 gives the rotor 1 a centripetal force in the radial direction and exerts an attractive force F1 on the rotor 1 to the left in the plane of the drawing. In the same way, the radial magnetic bearing 4 imparts a centripetal force in the radial direction to the rotor 1 and exerts an attractive force F2 on the rotor to the right in the plane of the drawing. The forces F1 and F2 naturally depend on the dimensions and the magnetic characteristics of the two radial magnetic bearings 3 and 4 and also on the respective columns G1, G2, provided that these dimensions and magnetic characteristics are the same. With this structure, the gap G2 is larger than the gap G1, so that the force F1 exceeds the force F2 and a differential force between the forces F1 and F2 acts on the rotary bearing 5 . If the gap G2 is equal to the gap G1, ie close to a neutral position in which the pressure forces are in equilibrium, the force acting on the rotary bearing 5 approaches zero, so that a quasi contact-free state can be created.

Auch in dem Falle, in dem das Eigengewicht des Rotors selbst oder eine externe statische Kraft F3 wie die durch die Luftbewegung eines Gebläses ausgeübte Reaktionskraft in axialer Richtung des Rotors 1 wirkt, kann die Vektorsumme (F1 + F2 + F3) der Kräfte F1, F2 und F3 durch geeignete Einstellung der Abmessungen, der magnetischen Charakteristika bzw. der Spalte der Magnetlager 3 und 4 ggf. reduziert werden. Even in the case where the dead weight of the rotor itself or an external static force F3 acts like the reaction force exerted by the air movement of a fan in the axial direction of the rotor 1 , the vector sum (F1 + F2 + F3) of the forces F1, F2 and F3 may be reduced by suitable setting of the dimensions, the magnetic characteristics or the column of the magnetic bearings 3 and 4 .

Nachstehend wird der Zweck eines Abstandshalters 6 beschrieben. Wenn im oben beschriebenen, quasi kontaktfreien Zustand eine geringe Axialkraft von außen den Rotor 1 nach rechts verschiebt, so daß die Beziehung G2 < G1 gilt, haften der rotorseitige Magnet 4a und der statorseitige Magnet 4b aufgrund der An ziehungskräfte aneinander, so daß der Rotor 1 nicht in seine Ausgangsposition zurückkehrt, selbst wenn die externe Kraft nicht mehr wirkt. Wenn aber der Ab standshalter 6 als Anschlag vorgesehen wird, und die Beziehung G1 + G2 < G3 eingestellt wird, kehrt der Rotor 1 in seine Ausgangsposition zurück, selbst, wenn eine vorübergehende externe Kraft wirkt und diese dann wieder aufhört.The purpose of a spacer 6 will now be described. If in the above-described, quasi-contact state, a small axial force from the outside shifts the rotor 1 to the right, so that the relationship G2 <G1 applies, the rotor-side magnet 4 a and the stator-side magnet 4 b adhere to one another due to the attraction forces, so that the Rotor 1 does not return to its starting position even if the external force no longer acts. However, when the spacer 6 is provided as a stopper and the relationship G1 + G2 <G3 is set, the rotor 1 returns to its original position even if a temporary external force acts and then stops.

Bei einem schmalen Gebläsemotor oder dgl. kann eine Zweipunktlagerung dadurch sichergestellt werden, daß die rotorseitigen Magneten 3a, 4a bei der oben beschriebenen Anordnung einstückig ausgebildet sind und ein Satz aus drei Magneten gebildet wird, um die jeweiligen Lagerkräfte an beiden Enden des integralen rotorseitigen Magneten zu erzeugen, so daß ersichtlicherweise eine ähnliche Wirkung erzielt werden kann.In a narrow blower motor or the like. A two-point bearing can be ensured in that the rotor-side magnets 3 a, 4 a are formed in one piece in the arrangement described above and a set of three magnets is formed to the respective bearing forces at both ends of the integral rotor-side To produce magnets, so that obviously a similar effect can be achieved.

Gem. der obigen Beschreibung besteht ein einzelnes radiales Magnetlager aus einem einzelnen rotorseitigen Magneten und einem einzelnen statorseitigen Magneten, die einander gegenüber angeordnet sind, während die in Fig. 2 gezeigte Lageranordnung einen rotorseitigen Magneten und einen statorseitigen Magneten hat, von denen jeder aus mehreren zylindrischen Magneten besteht, um die radiale Festigkeit zu erhöhen.According to the above description, a single radial magnetic bearing consists of a single rotor-side magnet and a single stator-side magnet, which are arranged opposite to each other, while the bearing arrangement shown in Fig. 2 has a rotor-side magnet and a stator-side magnet, each of which consists of several cylindrical Magnets exist to increase radial strength.

Zwei rotorseitige Magnete 3a, 3aa sind konzentrisch auf einem Joch 31 angeordnet, deren Magnetisierungsrichtungen einander entgegengesetzt sind, und in ähnlicher Weise sind zwei statorseitige Magnete 3b, 3bb konzentrisch auf einem Joch 32 angeordnet, deren Magnetisierungsrichtungen einander entgegengerichtet sind. Der von den Magneten erzeugte magnetische Fluß bildet einen streuflußfreien Kreis, wie durch einen Pfeil angegeben ist, so daß sich in den Spalten eine hohe Magnetflußdichte ergibt, und die radiale Festigkeit höher ist, als durch die Anordnung mehrerer Magnete zu erwarten ist. Two rotor-side magnets 3 a, 3 aa are arranged concentrically on a yoke 31 , the magnetization directions of which are opposite to each other, and similarly two stator-side magnets 3 b, 3 bb are arranged concentrically on a yoke 32 , whose magnetization directions are opposite to each other. The magnetic flux generated by the magnets forms a stray flux-free circle, as indicated by an arrow, so that there is a high magnetic flux density in the gaps and the radial strength is higher than can be expected from the arrangement of several magnets.

Wie Fig. 3 zeigt, hat die Lageranordnung den rotorseitigen Magneten 3a und den statorseitigen Magneten 3b, die in radialer Richtung magnetisiert sind, um ein radiales Magnetlager mit axialer Anziehung zu bilden. Bei diesem Aufbau kann dieselbe Wirkung wie bei dem zuvor beschriebenen Aufbau erreicht werden, bei dem das radiale Magnetlager in axialer Richtung magnetisierte Magnete hat.As Fig. 3 shows, the bearing arrangement has the rotor-side magnet 3a and the stator-magnet 3 b which are magnetized in the radial direction to form a radial magnetic bearing with axial attraction. With this structure, the same effect can be achieved as with the structure described above, in which the radial magnetic bearing has magnets magnetized in the axial direction.

Die Lageranordnung der Fig. 4 ist so aufgebaut, daß der zylindrische, rotorseitige Magnet 3a, der in axialer Richtung magnetisiert ist, am einen Ende des Rotors 1 befestigt ist, und der zylindrische statorseitige Magnet 3b, der in gleicher Weise in axialer Richtung magnetisiert ist, konzentrisch am Stator 2 unter Bildung eines Spaltes befestigt ist, so daß sich der rotorseitige Magnet 3a und der statorseitige Magnet 3b in radialer Richtung abstoßen und das radiale Magnetlager 3 bilden. In gleicher Weise hat das radiale Magnetlager 4 den rotorseitigen Magneten 4a, der am anderen Ende des Rotors 1 befestigt ist, und dem statorseitigen Magneten 4b, der am Stator 2 befestigt ist.The bearing assembly of FIG. 4 is so constructed that the cylindrical rotor-side magnet 3 a, which is magnetized in the axial direction, is fixed at one end of the rotor 1, and the cylindrical stator magnet 3 b, which in the same manner in the axial direction is magnetized, is concentrically attached to the stator 2 to form a gap, so that the rotor-side magnet 3 a and the stator-side magnet 3 b repel each other in the radial direction and form the radial magnetic bearing 3 . In the same way, the radial magnetic bearing 4 has the rotor-side magnet 4 a, which is attached to the other end of the rotor 1 , and the stator-side magnet 4 b, which is attached to the stator 2 .

Außerdem ist der rotorseitige Magnet 3a so angeordnet, daß er um eine Strecke L1 nach links relativ zum statorseitiger Magnet 3b verschoben werden kann, und der rotorseitige Magnet 4a ist so angeordnet, daß er um eine Strecke (L2 < L1) nach rechts relativ zum statorseitigen Magneten 4b verschoben werden kann. Außerdem hat das Drehlager 5 einen Drehzapfen 5a, der an der einen Endfläche des Rotors 1 konzentrisch zur Drehachse 7 vorgesehen ist, und einen Drehlagerabschnitt 5c, der seitlich am Stator 2 vorgesehen ist. Weiterhin ist eine Anschlagfläche 8 am anderen Ende des Rotors 1 um einen Spalt L3 von einer Anschlagfläche 9 am Stator 2 beabstandet. Die Verschiebestrecken L1, L2 liegen in einem vorbestimmten Bereich, in dem die radialen Lagerkraft erzielt werden können.In addition, the rotor-side magnet 3 a is arranged so that it can be shifted by a distance L1 to the left relative to the stator-side magnet 3 b, and the rotor-side magnet 4 a is arranged so that it is a distance (L2 <L1) to the right can be moved relative to the stator-side magnet 4 b. In addition, the pivot bearing 5 has a pivot pin 5 a, which is provided on one end face of the rotor 1 concentrically to the axis of rotation 7 , and a pivot bearing section 5 c, which is provided on the side of the stator 2 . Furthermore, a stop surface 8 at the other end of the rotor 1 is spaced apart by a gap L3 from a stop surface 9 on the stator 2 . The displacement distances L1, L2 lie in a predetermined range in which the radial bearing force can be achieved.

Bei dem Aufbau unter Verwendung solch eines radialen Magnetlagers mit radialer Abstoßung übt das radiale Magnetlager 3 auf den Rotor 1 eine Zentripetalkraft in radialer Richtung und gleichzeitig eine abstoßende Kraft F1 auf den Rotor nach links in der Zeichenebene aus. In gleicher Weise übt das radiale Magnetlager 4 auf den Rotor 1 eine Zentripetalkraft in radialer Richtung und gleichzeitig eine abstoßende Kraft F2 auf den Rotor nach rechts in der Zeichenebene aus. Die Kraft F1 und F2 hängen selbstverständlich von den Abmessungen und den magnetischen Charakte ristika beider radialer Magnetlager und von den Verschiebestrecken L1, L2 in axialer Richtung ab, vorausgesetzt, daß die Abmessungen und die magnetischen Charakte ristika gleich sind. Da bei diesem Aufbau L2 < L1, übersteigt die Kraft F1 die Kraft F2, und es wird eine Differenzkraft zwischen den Kräften F1 und F2 auf das Dreh lager 5 ausgeübt. Wenn die Verschiebestrecke L2 gleich der Verschiebestrecke L1 wird, d. h. in der Nähe der neutralen Position, in der die Axialkräfte im Gleichgewicht sind, nähert sich die Kraft, die auf das Drehlager 5 wirkt, Null, so daß ein quasi kontaktfreier Zustand ermöglicht wird.When constructed using such a radial magnetic bearing with radial repulsion, the radial magnetic bearing 3 exerts a centripetal force in the radial direction on the rotor 1 and at the same time exerts a repulsive force F1 on the rotor to the left in the plane of the drawing. In the same way, the radial magnetic bearing 4 exerts a centripetal force in the radial direction on the rotor 1 and at the same time exerts a repulsive force F2 on the rotor to the right in the plane of the drawing. The force F1 and F2 depend of course on the dimensions and the magnetic characteristics of both radial magnetic bearings and on the displacement distances L1, L2 in the axial direction, provided that the dimensions and the magnetic characteristics are the same. Since with this structure L2 <L1, the force F1 exceeds the force F2, and a differential force between the forces F1 and F2 is exerted on the rotary bearing 5 . When the displacement distance L2 becomes equal to the displacement distance L1, ie in the vicinity of the neutral position in which the axial forces are in equilibrium, the force acting on the rotary bearing 5 approaches zero, so that a quasi contact-free state is made possible.

Wenn das Eigengewicht des Rotors selbst bzw. eine konstante externe Kraft F3 wie eine Reaktionskraft, die durch die Luftbewegung eines Gebläses hervorgerufen wird, in axialer Richtung des Rotors 1 wirkt, kann die Vektorsumme (F1 + F2 + F3) der Kräfte F1, F2 und F3 ggf. durch geeignete Einstellung der Abmessungen, der mag netischen Charakteristika und der Positionsbeziehung zwischen dem beweglichen seitlichen Magneten und dem seitlichen Statormagenten reduziert werden.If the dead weight of the rotor itself or a constant external force F3 acts as a reaction force, which is caused by the air movement of a fan, in the axial direction of the rotor 1 , the vector sum (F1 + F2 + F3) of the forces F1, F2 and F3 may be reduced by suitable setting of the dimensions, the magnetic characteristics and the positional relationship between the movable side magnet and the side stator magnet.

Nachstehend wird ein Spalt L3 zwischen den Anschlagflächen 8 und 9 beschrieben. Die Anschlagflächen 8, 9 sind vorgesehen, um zu verhindern, daß sich der Rotor 1 vom Stator 2 trennt. Wenn im oben beschriebenen, quasi kontaktlosen Zustand eine geringe Axialkraft von außen den Rotor 1 nach rechts verstellt, so daß sich die Beziehung L1 < L2 ergibt, kontaktieren die Anschlagflächen 8, 9 einander, so daß der Rotor 1 nicht in seine Ausgangsposition zurückkehrt, selbst, wenn die externe Kraft aufhört. Um dies zu verhindern, wird L3 so eingestellt, daß sich L1 - L2 < 2L3 ergibt, so daß der Rotor dann in seine Ausgangsposition zurückkehrt, selbst wenn eine vorübergehende externe Kraft wirkt und diese aufhört.A gap L3 between the abutment surfaces 8 and 9 will be described below. The stop surfaces 8 , 9 are provided to prevent the rotor 1 from separating from the stator 2 . If, in the quasi-contactless state described above, a small axial force from the outside adjusts the rotor 1 to the right, so that the relationship L1 <L2 results, the stop surfaces 8 , 9 contact one another so that the rotor 1 does not return to its starting position itself when the external force stops. To prevent this, L3 is set so that L1 - L2 <2L3 results, so that the rotor then returns to its starting position, even if a temporary external force acts and stops it.

Die Lageranordnung der Fig. 5 hat zwei zylindrische, rotorseitige Magnete 3a, 3aa, die in axialer Richtung magnetisiert und am Rotor 1 mit Abstand dazwischen angeordnet sind, sowie zwei zylindrische statorseitige Magnete 3b, 3bb, die in gleicher Weise am Stator angeordnet sind. Auf diese Weise kann die radiale Festigkeit der Lageranordnung, die aus mehreren zylindrischen Magneten besteht, infolge der großen Magnetkräfte, die durch eine einfache Magnetisierungsbe handlung in einem einzigen Vorgang erhalten werden, im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen radialen Magnetlager, bei dem ein einzelner rotorseitiger Magnet und ein einzelner statorseitiger Magnet konzentrisch angeordnet sind, erhöht werden.The bearing assembly of Fig. 5 has two cylindrical rotor side magnets 3 a, 3 aa, the magnetized in the axial direction and are arranged on the rotor 1 at a distance therebetween, and two cylindrical stator magnets 3 b, 3 bb, which in the same way on the stator are arranged. In this way, the radial strength of the bearing assembly, which consists of several cylindrical magnets, due to the large magnetic forces that are obtained by a simple magnetization treatment in a single operation, in contrast to the radial magnetic bearing described above, in which a single rotor-side magnet and a single stator-side magnet are arranged concentrically, can be increased.

Die Lageranordnung der Fig. 6 hat ein radiales Magnetlager mit radialer Abstoßung, bestehend aus dem rotorseitigen Magneten 3a und dem statorseitigen Magneten 3b, die in radialer Richtung magnetisiert sind. Bei diesem Aufbau unter Verwendung solcher, in radialer Richtung magnetisierter Magnete kann die gleiche Wirkung wie bei dem oben beschriebenen Aufbau erreicht werden, bei dem das radiale Magnetlager in axialer Richtung magnetisierte Magneten hat.The bearing assembly of FIG. 6 has a radial magnetic bearing having a radial rejection, consisting of the rotor-side magnet 3a and the stator magnet 3 b which are magnetized in the radial direction. With this structure using such magnets magnetized in the radial direction, the same effect can be achieved as with the structure described above in which the radial magnetic bearing has magnets magnetized in the axial direction.

Außerdem ermöglicht das obige Magnetlager mit radialer Abstoßung einen freien Aufbau, da der Rotor von der Statorseite her eingesetzt und damit die Montage des Rotors erleichtert werden kann, wenn der Innendurchmesser auf der Statorseite eine Abmessung hat, die den maximalen Durchmesser des Rotors überschreitet.In addition, the above magnetic bearing with radial repulsion enables free Construction, since the rotor is inserted from the stator side and thus the assembly of the Rotor can be facilitated if the inner diameter on the stator side Dimension that exceeds the maximum diameter of the rotor.

Die Lageranordnung der Fig. 7 und 8 hat anstelle des Abstandshalters der Lageran ordnung in Fig. 1 Drehlager 5, 5, die an beiden axialen Enden des Rotors 1 vorge sehen sind und einen Drehspiegel 11 oder dgl. lagern, wobei ein Spalt von der Länge L in axialer Richtung des Rotors 1 gebildet ist. Der Spalt mit der Länge L hat eine Abmessung in einem Bereich, in dem Abmessungsunterschiede bei der Monta ge der jeweiligen Bauelemente und Abmessungsunterschiede infolge von Wärme dehnungen ausgeglichen werden können, und eine neutrale Position, in der die Axialkräfte, die von den Magnetlagern 3, 4 an zwei Stellen erzeugt werden, einander ausgleichen, liegt im wesentlichen in der Mitte des Spaltes.The bearing assembly of FIGS. 7 and 8, instead of the spacer of the bearing arrangement, in Fig. 1 pivot bearing 5, 5, the axial both ends of the rotor 1 are pre-see and a rotating mirror 11 or the like stored., With a gap of length L is formed in the axial direction of the rotor 1 . The gap with the length L has a dimension in an area in which dimensional differences in the assembly of the respective components and dimensional differences due to thermal expansion can be compensated for, and a neutral position in which the axial forces caused by the magnetic bearings 3 , 4 generated in two places, balance each other, is essentially in the middle of the gap.

Mit dem obigen Aufbau können Kräfte, die auf die Drehlager 5, 5 wirken, unendlich klein gemacht werden, so daß ein quasi kontaktloser Zustand hergestellt werden kann, und die Genauigkeit der Anordnungen in axialer Richtung des Rotors 1 kann sichergestellt werden. Entsprechend der obigen Beschreibung sind die beiden Sätze von Radiallagern von der gleichen Art, jedoch ist dies nicht unbedingt notwendig, und es ist eine Kombination von geeigneten Arten möglich. With the above structure, forces acting on the rotary bearings 5 , 5 can be made infinitely small, so that a quasi non-contact state can be established, and the accuracy of the arrangements in the axial direction of the rotor 1 can be ensured. As described above, the two sets of radial bearings are of the same type, but this is not absolutely necessary and a combination of suitable types is possible.

Die mit der beschriebenen Lageranordnung sind folgende:
Die Lageranordnung hat Magnetlager, die so angeordnet sind, daß axial Kräfte in entgegengesetzten axialen Richtungen wirken, und ein Drehlager, das relativ zu einer neutralen Position verstellt wird, so daß es am einen Ende des Rotors anliegt, und die Axialkräfte, die auf das Drehlager entsprechend den Verstellungen aus der neutralen Position wirken, eine Lagerung im quasi kontaktfreien Zustand nahe der neutralen Position und damit eine Drehung bei geringer Reibung und geringer Ge räuscherzeugung über dem gesamten Drehzahlbereich ermöglichen. Das Drehlager unterliegt daher einer geringen Reibung und hält demgemäß sehr hohe Drehzahlen bei geringer Geräuscherzeugung aus.The bearing arrangement described are as follows:
The bearing assembly has magnetic bearings which are arranged so that axial forces act in opposite axial directions and a rotary bearing which is displaced relative to a neutral position so that it bears against one end of the rotor and the axial forces which act on the rotary bearing act according to the adjustments from the neutral position, a storage in a quasi contact-free state near the neutral position and thus enable rotation with low friction and low Ge noise generation over the entire speed range. The pivot bearing is therefore subject to low friction and accordingly withstands very high speeds with low noise generation.

Die Drehung wird in einem quasi kontaktlosen Zustand in radialer Richtung bewirkt, so daß sich eine Selbstausrichtung ergibt, die bei einer Eigenkorrektur des dynami schen Gleichgewichts sehr vorteilhaft ist, so daß keine Vibrationen entstehen. Auch ist die Lageranordnung sehr einfach, so daß ein Lager hoher Leistung bei geringen Kosten geschaffen wird.The rotation is effected in a quasi contactless state in the radial direction, so that there is a self-alignment that with a self-correction of the dynami equilibrium is very advantageous so that no vibrations occur. Also the bearing arrangement is very simple, so that a bearing high performance at low Cost is created.

Die Anordnung eines Anschlags zur Begrenzung von Verschiebungen des Rotors in axialer Richtung in einem Bereich von Verschiebungen, in dem die axialen Kräfte, die durch den Rotor hervorgerufen werden, in der gleichen Richtung auftreten, ermöglicht eine stabile axiale Lagerung, selbst wenn sich der Rotor in axialer Rich tung verschiebt.The arrangement of a stop to limit displacements of the rotor in axial direction in a range of displacements in which the axial forces, which are caused by the rotor, occur in the same direction, enables a stable axial bearing, even if the rotor is in the axial direction tung shifts.

Wenigstens eine der Lagerstellen des Rotors dient als Magnetlager mit Anziehung, so daß eine große radiale Lagerfestigkeit erzielt wird, was es ermöglicht, das Lager mit geringer Konstruktionsgröße herzustellen, und das Magnetlager mit Anziehung hat statorseitige und rotorseitige Magnete, die durch zwei konzentrische und voneinander beabstandete ringförmige Magnete gebildet sind, die in axialer Richtung mit entgegengesetzten Magnetisierungsrichtungen magnetisiert sind, wobei die beiden Magnete so entgegengesetzt angeordnet sind, daß sie einander in axialer Richtung anziehen und ein streuflußfreier geschlossener Magnetkreis gebildet wird, der eine große radiale Festigkeit infolge der hohen Magnetflußdichte ermöglicht. At least one of the rotor bearings serves as a magnetic bearing with attraction, so that a large radial bearing strength is achieved, which enables the bearing with a small construction size, and the magnetic bearing with attraction has stator side and rotor side magnets, which are characterized by two concentric and spaced apart annular magnets are formed in the axial direction are magnetized with opposite magnetization directions, the two magnets are arranged so that they oppose each other in axial Attract direction and a stray flux-free closed magnetic circuit is formed, which allows a high radial strength due to the high magnetic flux density.

Wenigstens eine der Lagerstellen des Rotors dient als Magnetlager mit Abstoßung, um den Aufbau zu erleichtern, so daß der Rotor von der Lagerseite in axialer Rich tung eingesetzt werden kann und sich eine leichte Montage des Rotors ergibt. Außerdem hat das Magnetlager mit Abstoßung statorseitige und rotorseitige Magnete, die durch lineare und beabstandete Anordnung mehrerer ringförmiger Magnete geschaffen werden, die in axialer Richtung und gleichen Magnetisierungs richtungen magnetisiert sind, wobei beide Magnete entgegengesetzt zueinander angeordnet sind, so daß sie sich in radialer Richtung abstoßen, und eine große Lagerkraft nur durch eine Massenpolarisationsbehandlung in einem einzigen Vorgang sichergestellt werden kann.At least one of the rotor bearings serves as a magnetic bearing with repulsion, to facilitate the construction, so that the rotor from the bearing side in the axial direction tion can be used and there is easy assembly of the rotor. In addition, the magnetic bearing with repulsion has stator-side and rotor-side Magnets created by linear and spaced arrangement of several annular Magnets are created in the axial direction and have the same magnetization directions are magnetized, with both magnets opposing each other are arranged so that they repel each other in the radial direction, and a large one Bearing force only through one mass polarization treatment Operation can be ensured.

Claims

1. Bearing arrangement, consisting of one or two sets of magnetic bearings ( 3 , 4 ) for contactless radial mounting of a rotor ( 1 ) of a rotating device at two bearing points by magnetic forces, characterized in that the magnetic bearings ( 3 , 4 ) are arranged so that whose axial forces act in opposite axial directions, and that a rotary bearing ( 5 a) is arranged on the axis of the rotor for mounting one end of the rotor, so that the rotor is displaced in the axial direction from a neutral position in which all axial Forces are in balance.

2. Bearing arrangement according to claim 1, characterized by a stop ( 6 ) for limiting the displacement of the rotor in the axial direction within a displacement range in which the axial forces generated by the rotor act in the same direction.

3. Bearing arrangement according to claim 1, characterized in that at least one of the bearing points for the rotor acts as a magnetic bearing with attraction.

4. Bearing arrangement according to claim 1, characterized in that the magnetic bearing with attraction stator-side magnets ( 3 a) and rotor-side magnets ( 3 b), which are formed from two concentric and spaced ring-shaped magnets, which are opposed in the axial direction with the magnetization directions are magnetized to one another, the two magnets being arranged opposite one another so that they attract each other in the axial direction.

5. Bearing arrangement according to claim 1, characterized in that at least one of the bearing points for the rotor serves as a magnetic bearing with repulsion.

6. Bearing arrangement according to claim 1, characterized in that the magnetic bearing with repulsion stator-side magnets and rotor-side magnets has formed by linear and spaced annular magnets are arranged in the axial direction and their magnetization directions are the same are, with both magnets arranged opposite to each other, so that they repel each other in the radial direction.

7. Bearing arrangement according to claim 1, characterized in that Rotary bearings are provided at both ends of the rotor, and that the neutral posi tion in which all axial forces are balanced, essentially in the middle of a gap in the axial direction of the rotor.