DE202010017611U1 - Electromagnetic thrust bearing - Google Patents

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Abstract

Elektromagnetisches Axiallager für eine Welle nach der Art eines Lorentzkraft-Lagers mit Permanentmagneten und einer diese umgebende Spule, die mit einer Energieversorgung verbunden ist, wobei im Lagerbereich am Umfang der Welle eine Vielzahl einzelner Permanentmagnete nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, – dass die Spule (2) die Permanentmagnete (4) mit einem vorgegebenen Luftspalt fest stehend umgibt, und – dass die Spule (2) und die Permanentmagnete (4) von einem ferromagnetischen Joch (1, 3) umgeben sind.Electromagnetic axial bearing for a shaft in the manner of a Lorentz force bearing with permanent magnets and a coil surrounding them, which is connected to an energy supply, a large number of individual permanent magnets being arranged next to one another in the bearing area on the circumference of the shaft, characterized in that - the coil ( 2) surrounds the permanent magnets (4) in a fixed, fixed air gap, and - that the coil (2) and the permanent magnets (4) are surrounded by a ferromagnetic yoke (1, 3).

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Axiallager für eine Welle nach der Art eines Lorentzkraft-Lagers mit Permanentmagneten und einer diese umgebende Spule, die mit einer Energieversorgung verbunden ist, wobei im Lagerbereich am Umfang der Welle eine Vielzahl einzelner Permanentmagnete nebeneinander angeordnet sind.The invention relates to an electromagnetic thrust bearing for a shaft in the manner of a Lorentz force bearing with permanent magnets and a surrounding coil, which is connected to a power supply, wherein in the storage area at the periphery of the shaft a plurality of individual permanent magnets are arranged side by side.

Elektromagnetische Axiallager für drehbar gelagerte Wellen dienen dazu, die Welle axial zu fixieren bzw. in gewissen Grenzen in axialer Richtung zu positionieren. An der Welle können dann zu tragende Lasten, z. B. Greifeinrichtungen, weitere Lager, o. dgl. befestigt werden, oder Prozesskräfte abgestützt werden.Electromagnetic thrust bearings for rotatably mounted shafts serve to axially fix the shaft or to position it within certain limits in the axial direction. On the shaft then loads to be carried, z. As gripping devices, other bearings, o. The like. Are attached, or process forces are supported.

Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von praktischen Ausführungsformen solcher elektromagnetischer Lager bekannt geworden. So ist die Welle bei einer Standard-Ausführung an der Lagerstelle mit einer radial hervor stehenden Scheibe ausgestattet, die beidseitig, d. h. am Umfang, durch fest stehende Elektromagnete zwischen diesen schwebend fixiert wird. Zur Ausbildung des benötigten Magnetfeldes mit einer ausreichenden Feldstärke ist jeder Elektromagnet mit einem Joch versehen. Ein Beispiel für ein solches Axiallager geht aus der DE 695 05 526 T2 hervor.In the prior art, a variety of practical embodiments of such electromagnetic bearings has become known. Thus, in the case of a standard design, the shaft is provided with a radially protruding disk at the bearing point, which is fixed in a floating manner on both sides, ie on the circumference, by fixed electromagnets between them. To form the required magnetic field with a sufficient field strength, each electromagnet is provided with a yoke. An example of such a thrust bearing goes out of the DE 695 05 526 T2 out.

Der Nachteil eines solchen Axiallagers ist darin zu sehen, dass es prinzipbedingt instabil ist, einer Positionsregelung zur Kompensation dieser Instabilität bedarf und ständig mit Energie versorgt werden muss. Weitere Nachteile sind, dass die Demontage sich als äußerst schwierig gestaltet und die radial hervor stehende Scheibe aufgrund ihrer maximal zulässigen Festigkeit, die maximale Drehzahl der Welle begrenzt. Allerdings weist ein solches Axiallager bei kleinen Luftspalten, wenige 1/10 mm, eine hohe Tragkraft auf.The disadvantage of such a thrust bearing can be seen in the fact that it is inherently unstable, requires a position control to compensate for this instability and must be constantly supplied with energy. Other disadvantages are that the disassembly is extremely difficult and the radially projecting disc limits the maximum speed of the shaft due to their maximum allowable strength. However, such a thrust bearing with small air gaps, a few 1/10 mm, a high load capacity.

Bei einer Variante eines solchen Axiallagers werden ein Permanentmagnet und ein Elektromagnet in Form eines Hybridlagers miteinander kombiniert. Ein gemeinsames Joch umschließt dabei die radial hervor stehende Scheibe, so dass diese infolge der sich ausbildenden Magnetkräfte axial und radial fixiert wird.In a variant of such a thrust bearing, a permanent magnet and an electromagnet in the form of a hybrid bearing are combined. A common yoke encloses the radially projecting disc, so that it is fixed axially and radially as a result of the forming magnetic forces.

Ein solches Axiallager zeigt die gleichen Vor- und Nachteile wie das vorstehend beschriebene Axiallager.Such a thrust bearing shows the same advantages and disadvantages as the thrust bearing described above.

Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, in die Welle an deren Umfang Permanentmagnete einzulassen, die von fest stehenden Permanentmagneten umgeben werden. Ein solches Axiallager lässt sich einfach demontieren, jedoch ist es radial instabil, hat ein schlechtes Dämpfungsverhalten und weist eine geringe Drehzahlgrenze sowie Tragkraft auf. Die axiale Stabilität ist jedoch prinzipbedingt auch ohne Elektronik, Positionsregelung und Energiezufuhr gegeben.In principle, it is also possible to engage in the shaft at its periphery permanent magnets, which are surrounded by stationary permanent magnets. Such a thrust bearing can be easily disassembled, but it is radially unstable, has a poor damping behavior and has a low speed limit and carrying capacity. However, the axial stability is inherently given even without electronics, position control and power supply.

Aus der KR 102003076802 A geht ein magnetisches Radiallager mit verstärkter axialer Führungskraft hervor. Es handelt sich hier um ein so genanntes Kombilager zur Übertragung axialer und radialer Kräfte. Dazu ist auf der zu lagernden Welle ein geblechter Eisenkern montiert, der die Welle ringförmig umgibt. Für den Stator ist ebenfalls ein geblechter Eisenkern vorgesehen, der anderen Eisenkern umgibt und mit einer Wicklung versehen ist. Es handelt sich hier um eine sehr aufwändige Konstruktion, die radial instabil ist und nur eine passive axiale Lagerung mit geringer Steifigkeit und Dämpfung ermöglicht.From the KR 102003076802 A A magnetic radial bearing with reinforced axial guiding force emerges. This is a so-called combined bearing for the transmission of axial and radial forces. For this purpose, a bladed iron core is mounted on the shaft to be supported, which surrounds the shaft ring. For the stator, a bladed iron core is also provided, which surrounds the other iron core and is provided with a winding. This is a very complex construction, which is radially unstable and allows only a passive axial bearing with low stiffness and damping.

Schließlich sind auch so genante Lorentzkraft-Lager bekannt, mit denen jedoch nur eine geringe bis mittlere Tragkraft bei höherer Drehzahlgrenze realisierbar ist. Grundsätzlich besteht ein solches Lager aus Permanentmagneten, die in den Umfang einer Welle eingelassen sind, die von einer fest stehenden Spule umgeben werden. Ein Beispiel hierfür zeigt die KR 102005056753 A .Finally, so-called Lorentz force bearings are known, with which, however, only a low to medium capacity at higher speed limit can be realized. Basically, such a bearing consists of permanent magnets, which are embedded in the circumference of a shaft, which are surrounded by a fixed coil. An example of this shows the KR 102005056753 A ,

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein elektromagnetisches Axiallager von der Art eines Lorentzkraft-Lagers derart weiter zu bilden, dass es bei einfacher Herstellung eine deutlich höhere Kraftdichte und Tragkraft aufweist.The invention is based on the object of further developing an electromagnetic thrust bearing of the type of a Lorentz force bearing in such a way that it has a significantly higher force density and carrying capacity with simple production.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem elektromagnetischen Axiallager der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass eine Spule die am Umfang der Welle angeordneten in einem vorgegebenen Luftspalt fest stehend umgibt, und dass die Spule und die Permanentmagnete von einem ferromagnetischen Joch ringförmig umgeben sind.The object underlying the invention is achieved in an electromagnetic thrust bearing of the type mentioned above in that a coil surrounding the circumference of the shaft in a predetermined air gap fixedly surrounds, and that the coil and the permanent magnets are surrounded annularly by a ferromagnetic yoke.

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Axiallagers sind darin zu sehen, dass dieses sehr einfach montiert und demontiert werden kann und dass die Drehzahlgrenze sich nach oben verschiebt, da eine die Festigkeit begrenzende Scheibe am Umfang der Welle nicht mehr benötigt wird. Außerdem lässt sich die als Rotor dienende Welle ohne Demontage des Rotors oder des Stators ziehen, d. h. sehr leicht demontieren.The particular advantages of the axial bearing according to the invention can be seen in the fact that this can be very easily assembled and disassembled and that the speed limit moves upwards, since a disc limiting the strength is no longer needed on the circumference of the shaft. In addition, the shaft serving as a rotor can be pulled without dismantling the rotor or the stator, i. H. disassemble very easily.

Insbesondere hat sich gezeigt, dass eine deutlich höhere Tragkraft und Kraftdichte sowie bessere axiale Stabilität gegenüber einem Lorentzkraft-Lager in Standardausführung erreicht wird.In particular, it has been shown that a significantly higher load capacity and force density and better axial stability over a standard Lorentz force bearing is achieved.

Durch die gute axiale Stabilität ohne negative Steifigkeit ergibt sich eine einfache Positionsregelung. The good axial stability without negative rigidity results in a simple position control.

Weiterhin gestatten die über einen weiten axialen Bereich des Luftspaltes konstanten Lagereigenschaften wesentlich gröbere Montagetoleranzen und somit eine kostengünstigere Fertigung.Furthermore, over a wide axial range of the air gap constant storage properties allow much coarser mounting tolerances and thus a more cost-effective production.

In Fortführung der Erfindung können die Permanentmagnete als Ringe radial magnetisiert, mit wechselnder Polung angeordnet sein, oder als Ringsegmente mit paralleler oder axialer Magnetisierung gestaltet sind.In continuation of the invention, the permanent magnets may be radially magnetized as rings, arranged with alternating polarity, or designed as ring segments with parallel or axial magnetization.

Besonders hohe Magnetkräfte werden erreicht, wenn die Permanentmagnete in Form einer Halbach-Magnet-Anordnung mit zirkumpolar umlaufender Polarisierung ausgeführt sind.Particularly high magnetic forces are achieved when the permanent magnets are designed in the form of a Halbach magnet arrangement with circumpolar circumferential polarization.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht das ferromagnetische Joch aus einem Ringteil und sich daran seitlich anschließende Jochbeine, welche die Spule umschließen.In a further embodiment of the invention, the ferromagnetic yoke consists of a ring member and laterally adjoining yoke legs which enclose the coil.

Das Joch und die Jochbeine können geblecht ausgeführt sein, wobei die Bleche vorzugsweise aus den Materialien SiFe, SiFeCo oder SiFeP bestehen. Selbstverständlich können auch grundsätzlich auch andere ferromagnetische Materialien eingesetzt werden.The yoke and the yoke legs can be made of laminated material, wherein the sheets are preferably made of the materials SiFe, SiFeCo or SiFeP. Of course, other ferromagnetic materials can also be used in principle.

In einer Fortführung der Erfindung sind die Permanetmagnete bündig in den Umfang der Welle eingelassen.In a continuation of the invention, the permanent magnets are embedded flush in the circumference of the shaft.

Weiterhin können die Permanentmagnete zu deren mechanischen Fixierung mit einer diese umgebenden Bandage versehen sein, wodurch auch höhere Drehzahlen völlig problemlos realisiert werden können. Die Bandage kann aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) bestehen.Furthermore, the permanent magnets may be provided for their mechanical fixation with a surrounding bandage, whereby even higher speeds can be realized without any problems. The bandage may consist of a carbon fiber reinforced plastic (CFRP).

In einer weiteren Fortführung der Erfindung ist die Spule direkt in einen Spulenwickelkörper gewickelt, der die Permanentmagnete in einem vorgegebenen Abstand, einen Luftspalt frei haltend, umgibt.In a further continuation of the invention, the coil is wound directly into a coil winding body which surrounds the permanent magnets at a predetermined distance, keeping an air gap free.

Die Spule kann auch wild gewickelt sein, was den Fertigungsaufwand reduziert.The coil can also be wound wildly, which reduces the manufacturing effort.

In das Axiallager kann weiterhin ein axialer Positionssensor integriert sein, der zusätzlich mit einer Positionsregelung für das Axiallager gekoppelt werden kann.In the thrust bearing, an axial position sensor can be further integrated, which can be additionally coupled with a position control for the thrust bearing.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die Positionsregelung mit einer elektronischen Schwingungsdämpfung gekoppelt.In a further embodiment, the position control is coupled with an electronic vibration damping.

In einer alternativen Ausführungsform sind die nebeneinander in den Umfang der Welle eingelassenen Permanentmagnete über einem Eisenrückschluss in der Welle angeordnet. Diese Ausführungsform kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn die Welle aus einem nichtmagnetischen Material besteht.In an alternative embodiment, the permanent magnets embedded next to one another in the circumference of the shaft are arranged above an iron yoke in the shaft. This embodiment is used in particular when the shaft consists of a non-magnetic material.

Zur Aufnahme und Kompensation einer statischen Last, wie einer Gewichtskraft, ist es zusätzlich möglich, seitlich am Joch zusätzliche Permanentmagnete vorzusehen, die gegenüber einem an der Welle ausgebildeten Wellenansatz angeordnet sind.For receiving and compensating for a static load, such as a weight force, it is additionally possible to provide additional permanent magnets on the side of the yoke which are arranged opposite a shaft extension formed on the shaft.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

1: ein schematisch im Schnitt dargestelltes erfindungsgemäßes elektromagnetisches Axiallager; 1 FIG. 2: a schematic axial section of an electromagnetic thrust bearing according to the invention; FIG.

2: eine Variante des Axiallagers nach 1 mit einem zusätzlichen Positionssensor; 2 : a variant of the thrust bearing after 1 with an additional position sensor;

3: eine vereinfachte Ausführung ohne Bandage und ohne Eisenrückschluss; und 3 a simplified version without bandage and without iron yoke; and

4: eine Variante des elektromagnetischen Axiallagers nach 1, bei der zusätzliche Permanentmagnete zur Aufnahme einer statischen Last, z. B. einer Gewichtskraft vorgesehen sind. 4 : a variant of the electromagnetic thrust bearing 1 , in which additional permanent magnets for receiving a static load, eg. B. a weight force are provided.

Das Axiallager befindet sich in einem Bauteil und umschließt eine drehbar zu fixierende Welle 6. Entsprechend der durch das Axiallager realisierten Tragkraft kann die Welle 6 mit beliebigen Baugruppen, wie einem Greifer, einem weiteren Lager, usw. verbunden sein (1). Die Welle 6 kann aus einem nichtmagnetischen oder magnetischen Material bestehen.The thrust bearing is located in a component and encloses a rotatable shaft to be fixed 6 , According to the realized by the thrust bearing capacity, the shaft 6 be connected to any assemblies such as a gripper, another bearing, etc. ( 1 ). The wave 6 may be made of a non-magnetic or magnetic material.

Das Axiallager enthält eine Vielzahl einzelner Permanentmagnete 4, die nebeneinander in den Umfang der Welle 6 bündig über einem Eisenrückschluss 9 eingelassen sind. Der Eisenrückschluss bildet dabei die untere Lage in einer Nut im Umfang der Welle 6, über der dann die Permanentmagnete 4 nebeneinander eingesetzt sind. Dieser Eisenrückschluss 9 ist insbesondere dann erforderliche, wenn die Welle 6 aus einem nicht magnetischem Material besteht.The thrust bearing contains a large number of individual permanent magnets 4 , juxtaposed in the circumference of the shaft 6 flush over an iron yoke 9 are admitted. The iron yoke forms the lower layer in a groove in the circumference of the shaft 6 , above that then the permanent magnets 4 are used side by side. This iron yoke 9 is particularly required when the shaft 6 made of a non-magnetic material.

Um ein unbeabsichtigtes Lösen der Permanentmagnete 4 von der Welle 6 bei höheren Drehzahlen oder Beschleunigungen zu verhindern, kann optional eine Bandage 5 vorgesehen sein, welche die Permanentmagnete 4 fest umschließt und in den Luftspalt hineinragt. Die Bandage 5 kann aus CFK, also einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, gefertigt werden, wodurch die Permanentmagnete auch bei höheren Drehzahlen der Welle sicher in dieser fixiert werdenTo unintentional release of the permanent magnets 4 from the wave 6 Optionally, a bandage can prevent at higher speeds or accelerations 5 be provided, which are the permanent magnets 4 firmly encloses and projects into the air gap. The bandage 5 can be made of carbon fiber, so a carbon fiber reinforced plastic, whereby the permanent magnets also be securely fixed in this at higher speeds of the shaft

Die Permanentmagnete 4 können als Ringe radial magnetisiert, mit wechselnder Polung ausgeführt sein, oder als Ringsegmente mit paralleler oder axialer Magnetisierung gestaltet sein.The permanent magnets 4 can be radially magnetized as rings, be designed with alternating polarity, or designed as ring segments with parallel or axial magnetization.

Besonders hohe Magnetkräfte werden erreicht, wenn die Permanentmagnete 4 in Form einer Halbach-Magnet-Anordnung mit zirkumpolar umlaufender Polarisierung ausgeführt sind.Particularly high magnetic forces are achieved when the permanent magnets 4 are designed in the form of a Halbach magnet arrangement with circumpolar circumferential polarization.

Die Permanentmagnete 4 werden von einer Spule 2 umschlossen, wobei zwischen dieser und den Permanentmagneten 4 ein Luftspalt frei gehalten wird. Da die Spule 2 allein kein ausreichendes Magnetfeld ausbilden würde, ist ein ferromagnetisches Joch 1 vorgesehen, welches sowohl die Spule 2, als auch die Permanentmagnete 4 ringförmig umgibt, derart, dass die Spule 2 in das Joch 1 eingebettet ist.The permanent magnets 4 be from a coil 2 enclosed, between this and the permanent magnets 4 an air gap is kept free. Because the coil 2 alone would not form a sufficient magnetic field is a ferromagnetic yoke 1 provided, which is both the coil 2 , as well as the permanent magnets 4 annularly surrounds, such that the coil 2 in the yoke 1 is embedded.

Das ferromagnetische Joch 1 besitzt sich seitlich anschließende Jochbeine 3, die ferromagnetisch oder geblecht ausgeführt sein können, wobei für die Bleche besonders die Materialien SiFe, SiFeCo oder SiFeP in Frage kommen. In einer alternativen Ausführung können die Bleche durch Pulververbundwerkstoffe (z. B. Eisen- bzw. Eisenpulverlegierungen) ersetzt werden. Die Spule 2 wird ferner zwischen den Jochbeinen 3 durch einen Spulenwickelkörper 7 umgeben, der einen sicheren Sitz der Spule 2 gewährleistet.The ferromagnetic yoke 1 has laterally adjoining yoke legs 3 , which may be made ferromagnetic or laminated, wherein for the sheets, in particular the materials SiFe, SiFeCo or SiFeP come into question. In an alternative embodiment, the sheets may be replaced by powder composite materials (eg iron or iron powder alloys). The sink 2 also becomes between the yoke legs 3 through a coil winding body 7 surrounded, a secure fit of the coil 2 guaranteed.

Die über einen Anschluss mit einer Energiequelle zu verbindende Spule 2 ist auf den Spulenwickelkörper 7 gewickelt, der die Permanentmagnete 4 in dem vorgegebenen Abstand umgibt (2). Es ist nicht erforderlich, die Spule 2 lagenweise zu wickeln, sondern diese kann wild in den Spulenwickelkörper 7 gewickelt werden, wodurch sich der Fertigungsaufwand verringert.The coil to be connected via a connection to a power source 2 is on the coil winding body 7 wrapped, the permanent magnets 4 surrounds at the predetermined distance ( 2 ). It does not require the coil 2 to wrap in layers, but this can wild in the coil winding body 7 be wound, thereby reducing the manufacturing cost.

Durch eine Ansteuerung der Spule 2 mit positiven bzw. negativen Strömen lassen sich entsprechende positive bzw. negative Lagerkräfte in axialer Koordinatenrichtung erzielen.By controlling the coil 2 With positive or negative currents can be achieved corresponding positive or negative bearing forces in the axial coordinate direction.

In das Axiallager kann weiterhin ein Sensor 8 integriert sein, der zusätzlich mit einer Positionsregelung sowie einer elektronischen Schwingungsdämpfung gekoppelt sein kann (2).In the thrust bearing can continue to use a sensor 8th be integrated, which may be additionally coupled with a position control and an electronic vibration damping ( 2 ).

Das erfindungsgemäße Axiallager gestattet eine vergleichsweise einfache Montage und Demontage und erreicht eine deutlich höhere Tragkraft und Kraftdichte gegenüber einem Lorentzkraft-Lager in Standardausführung.The thrust bearing according to the invention allows a comparatively simple assembly and disassembly and achieves a significantly higher load capacity and force density compared to a standard Lorentz force bearing.

In 3 ist eine vereinfachte Variante der Ausführung des Axiallagers nach 1 ohne Bandage 5 und ohne Eisenrückschluss 9 sowie ohne Sensor 8 dargestellt. Sämtliche anderen Bauteile sind wie in 1 dargestellt, angeordnet. Damit erübrigt sich eine weitergehende Beschreibung dieser Ausführung.In 3 is a simplified variant of the design of the thrust bearing after 1 without bandage 5 and without iron yoke 9 as well as without sensor 8th shown. All other components are as in 1 represented, arranged. Thus, a more detailed description of this embodiment is unnecessary.

4 zeigt schließlich eine Variante des elektromagnetischen Axiallagers nach 1, bei der zusätzliche Permanentmagnete 10 am Joch 3 zur Aufnahme und Kompensation einer statischen Last, z. B. einer Gewichtskraft, vorgesehen sind. 4 finally shows a variant of the electromagnetic thrust bearing 1 , at the additional permanent magnets 10 at the yoke 3 for receiving and compensating a static load, eg. B. a weight, are provided.

Bei dieser ergänzenden Ausführung mit den zusätzlichen Permanentmagneten 10 ist zur Ausbildung eines permanentmagnetischen Flusses ein Wellenabsatz 12 gegenüber den Permanentmagneten 10 erforderlich. Der permanentmagnetische Pfad 11 der magnetischen Flussdichte verläuft hier von dem (zeichnungsgemäß) oberen Parmanetmagneten 10 in den Wellenabsatz 12 der Welle 6 und von dort durch den (zeichnungsgemäß) unteren Permanentmagneten 10 in das Jochbein 3 und schließt sich schließlich wieder im oberen Magneten 10.In this supplementary version with the additional permanent magnets 10 is a shaft shoulder for the formation of a permanent magnetic flux 12 opposite the permanent magnets 10 required. The permanent magnetic path 11 The magnetic flux density runs here from the (in the diagram) upper Parmanetmagneten 10 in the shaft paragraph 12 the wave 6 and from there by the (according to the drawing) lower permanent magnet 10 in the cheekbone 3 and finally closes again in the upper magnet 10 ,

Der besondere Vorteil dieser Ausführung ist darin zu sehen, dass das Axiallager nur noch die Gleichgewichtslage stabilisieren und die zentrische Position halten muss, weil die Gewichtskraft durch die Permanentmagnete 10 aufgefangen wird. Außerdem werden nahezu keine Ströme zum Halten der statischen Kraft benötigt, wodurch diese Ausführung besonders effizient ist.The particular advantage of this design is the fact that the thrust bearing only stabilize the equilibrium position and must hold the centric position, because the weight force through the permanent magnets 10 is caught. In addition, almost no currents are needed to hold the static force, which makes this design particularly efficient.

Es versteht sich, dass diese Alternative mit den zusätzlichen Permanentmagneten 10 selbstverständlich auch bei den Ausführungen nach 2 und 3 sinngemäß eingesetzt werden kann.It is understood that this alternative with the additional permanent magnets 10 of course also in the versions 2 and 3 can be used analogously.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Jochyoke
22
SpuleKitchen sink
33
Jochbeinecheekbones
44
Permanentmagnetepermanent magnets
55
Bandagebandage
66
Wellewave
77
SpulenwickelkörperCoil bobbin
88th
Sensorsensor
99
EisenrückschlussIron yoke
1010
Permanentmagnetepermanent magnets
1111
Pfad der magnetischen FlussdichtePath of magnetic flux density
1212
Wellenabsatzshaft shoulder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 69505526 T2 [0003] DE 69505526 T2 [0003]
  • KR 102003076802 A [0008] KR 102003076802 A [0008]
  • KR 102005056753 A [0009] KR 102005056753 A [0009]

Claims (16)

Elektromagnetisches Axiallager für eine Welle nach der Art eines Lorentzkraft-Lagers mit Permanentmagneten und einer diese umgebende Spule, die mit einer Energieversorgung verbunden ist, wobei im Lagerbereich am Umfang der Welle eine Vielzahl einzelner Permanentmagnete nebeneinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, – dass die Spule (2) die Permanentmagnete (4) mit einem vorgegebenen Luftspalt fest stehend umgibt, und – dass die Spule (2) und die Permanentmagnete (4) von einem ferromagnetischen Joch (1, 3) umgeben sind.Electromagnetic axial bearing for a shaft of the type of a Lorentz force bearing with permanent magnets and a surrounding coil, which is connected to a power supply, wherein in the storage area at the periphery of the shaft a plurality of individual permanent magnets are arranged side by side, characterized in that - the coil ( 2 ) the permanent magnets ( 4 ) with a predetermined air gap fixedly surrounds, and - that the coil ( 2 ) and the permanent magnets ( 4 ) of a ferromagnetic yoke ( 1 . 3 ) are surrounded. Elektromagnetisches Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4) als Ringe radial magnetisiert, mit wechselnder Polung angeordnet sind.Electromagnetic thrust bearing according to claim 1, characterized in that the permanent magnets ( 4 ) are radially magnetized as rings arranged with alternating polarity. Elektromagnetisches Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4) als Ringsegmente mit paralleler oder axialer Magnetisierung ausgeführt sind.Electromagnetic thrust bearing according to claim 1, characterized in that the permanent magnets ( 4 ) are designed as ring segments with parallel or axial magnetization. Elektromagnetisches Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4) in Form einer Halbach-Magnet-Anordnung mit zirkumpolar umlaufender Polarisierung ausgeführt sind.Electromagnetic thrust bearing according to claim 1, characterized in that the permanent magnets ( 4 ) are designed in the form of a Halbach magnet arrangement with circumpolar circumferential polarization. Elektromagnetisches Axiallager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Joch (1) aus einem Ringteil und sich daran seitlich anschließenden Jochbeinen (3) besteht, welche die Spule (2) umschließen.Electromagnetic thrust bearing according to claim 1, characterized in that the ferromagnetic yoke ( 1 ) of a ring part and laterally adjoining yoke legs ( 3 ), which the coil ( 2 ) enclose. Elektromagnetisches Axiallager nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (1) und die Jochbeine (3) geblecht bzw. aus Pulver-Verbundwerkstoffen ausgeführt sind.Electromagnetic thrust bearing according to claim 1 or 5, characterized in that the yoke ( 1 ) and the yoke legs ( 3 ) are made of powder composite materials. Elektromagnetisches Axiallager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (1) und die Jachbeine (3) aus Blechen aus den Materialien SiFe, SiFeCo oder SiFeP bzw. aus Pulver-Verbundwerkstoffen bestehen.Electromagnetic thrust bearing according to claim 6, characterized in that the yoke ( 1 ) and the jachins ( 3 ) consist of sheets of the materials SiFe, SiFeCo or SiFeP or of powder composite materials. Elektromagnetisches Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4) in den Umfang der Welle (6) bündig eingelassen sind.Electromagnetic thrust bearing according to one of claims 1 to 7, characterized in that the permanent magnets ( 4 ) in the circumference of the shaft ( 6 ) are inserted flush. Elektromagnetisches Axiallager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (4) mit einer diese umgebenden Bandage (5) versehen sind.Electromagnetic thrust bearing according to claim 8, characterized in that the permanent magnets ( 4 ) with a surrounding bandage ( 5 ) are provided. Elektromagnetisches Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) direkt in einen Spulenwickelkörper (7) gewickelt ist, der die Permanentmagnete (4) in einem vorgegebenen Abstand umgibt.Electromagnetic thrust bearing according to one of claims 1 to 9, characterized in that the coil ( 2 ) directly into a coil winding body ( 7 ) is wound, the permanent magnets ( 4 ) surrounds at a predetermined distance. Elektromagnetisches Axiallager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (2) wild gewickelt ist.Electromagnetic thrust bearing according to claim 10, characterized in that the coil ( 2 ) is wrapped wildly. Elektromagnetisches Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein axialer Sensor (8) integriert ist.Electromagnetic thrust bearing according to one of claims 1 to 11, characterized in that an axial sensor ( 8th ) is integrated. Elektromagnetisches Axiallager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (8) mit einer Positionsregelung für das Axiallager gekoppelt ist.Electromagnetic thrust bearing according to claim 12, characterized in that the sensor ( 8th ) is coupled with a position control for the thrust bearing. Elektromagnetisches Axiallager nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsregelung mit einer elektronischen Schwingungsdämpfung gekoppelt ist.Electromagnetic thrust bearing according to claim 13, characterized in that the position control is coupled with an electronic vibration damping. Elektromagnetisches Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander in den Umfang der Welle (6) bündig eingelassenen Permanentmagnete (4) über einem Eisenrückschluss (9) in der Welle (6) eingelassen sind.Electromagnetic thrust bearing according to one of claims 1 to 14, characterized in that the side by side in the circumference of the shaft ( 6 ) embedded permanent magnets ( 4 ) over an iron backbone ( 9 ) in the wave ( 6 ) are admitted. Elektromagnetisches Axiallager nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass seitlich am Joch (3) zusätzliche Permanentmagnete (10) zur Aufnahme und Kompensation einer statischen Last vorgesehen sind, die gegenüber eines Wellenabsatzes (12) der Welle (6) angeordnet sind.Electromagnetic thrust bearing according to one of claims 1 to 15, characterized in that laterally on the yoke ( 3 ) additional permanent magnets ( 10 ) are provided for receiving and compensating a static load, which compared to a shaft shoulder ( 12 ) the wave ( 6 ) are arranged.
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