DE20211510U1 - Magnetic bearing for e.g. shaft bearings in vacuum pump, includes magnet on fixed bearing part to compensate for attraction between yoke and permanent magnet on rotary bearing part - Google Patents

Magnetic bearing for e.g. shaft bearings in vacuum pump, includes magnet on fixed bearing part to compensate for attraction between yoke and permanent magnet on rotary bearing part Download PDF

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Abstract

A permanently magnetized compensation magnet (54) is provided on the fixed bearing part (12), opposite the permanent magnet (54) on the rotary bearing part (14), the two magnets having opposing polarities. The rotary bearing part is supported by the fixed bearing part in a contact-free manner. The fixed bearing part comprises a magnet coil (42) with a yoke (44) and generating a magnetic field. The permanent magnet is magnetized in the same orientation as the yoke. An independent claim is also included for a shaft bearing (10) with the magnetic bearing, the fixed bearing part being on the stator side and the rotary bearing part being on the shaft side.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetlager mit einem feststehenden ersten Lagerteil und einem beweglichen zweiten Lagerteil, das an dem ersten Lagerteil berührungslos gelagert ist.The invention relates to a Magnetic bearing with a fixed first bearing part and a movable one second bearing part, which is contactless on the first bearing part is stored.

Magnetlager werden beispielsweise zur Lagerung von Motorrotoren, Pumpenrotoren oder anderen rotierenden Teilen eingesetzt, werden jedoch auch zur Lagerung von nicht-rotierenden Teilen eingesetzt, beispielsweise als Dämpfungs- und Federungsvorrichtung zwischen zwei nicht-rotierenden Teilen. Ein Magnetlager besteht im Allgemeinen aus einem feststehenden ersten Lagerteil, das eine ein Magnetfeld erzeugende Magnetspule aufweist, deren Magnetfeld durch ein Jocheisen kanalisiert wird und einem zweiten beweglichen Lagerteil. Das zweite Lagerteil weist einen Permanentmagneten auf, der in Ausrichtung mit dem Jocheisen magnetisiert ist. Je nach Richtung des durch die Magnetspule des ersten Lagerteiles erzeugten Magnetfeldes wird hierdurch der Permanentmagnet des zweiten Lagerteiles angezogen oder abgestoßen, so dass von dem ersten Lagerteil auf das zweite Lagerteil sowohl anziehende als auch abstoßende Kräfte generiert werden können. Nachteilig an dieser Konstruktion ist, dass der Permanentmagnet des zweiten Lagerteiles anziehend wirkt auf das Jocheisen des ersten Lagerteiles, so dass stets erhebliche Anziehungskräfte auftreten. Diese Anziehungskräfte stellen eine Vorspannungskraft dar, der durch ein entsprechendes Magnetfeld der Magnetspule des ersten Lagerteiles entgegengewirkt werden muss, was eine höhere Instabilität, einen höheren Regelungsaufwand und einen höheren Energieverbrauch verursacht.Magnetic bearings, for example for the storage of motor rotors, pump rotors or other rotating Parts used, but are also used for the storage of non-rotating Parts used, for example as a damping and suspension device between two non-rotating parts. There is a magnetic bearing generally from a fixed first bearing part, the one has a magnetic field generating magnetic coil, the magnetic field is channeled by a yoke and a second movable one Bearing part. The second bearing part has a permanent magnet, magnetized in alignment with the yoke. Depending on the direction of the magnetic field generated by the magnetic coil of the first bearing part the permanent magnet of the second bearing part is thereby attracted or repelled, so that from the first bearing part to the second bearing part both attractive as well as repulsive personnel can be generated. The disadvantage of this construction is that the permanent magnet of the second bearing part attracts the yoke iron of the first Bearing part, so that there are always significant attractions. This attractions represent a prestressing force by a corresponding Counteracted magnetic field of the magnetic coil of the first bearing part must be what a higher Instability, a higher one Regulation effort and higher energy consumption caused.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Magnetlager zu verbessern.The object of the invention is that To improve magnetic bearings.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved with the Features of claim 1 solved.

Bei dem erfindungsgemäßen Magnetlager ist an dem ersten Lagerteil ein permanentmagnetisierter Kompensationsmagnet vorgesehen, der dem Permanentmagneten des zweiten Lagerteils gegensinnig magnetisiert gegenüberliegt. Der Kompensationsmagnet kompensiert die Kraftwirkung des Permanentmagneten des zweiten Lagerteiles auf das Jocheisen. Dies erfolgt dadurch, dass der Kompensationsmagnet gegensinnig polarisiert zu dem Permanentmagneten des zweiten Lagerteiles ist, so dass sich der Permanentmagnet des zweiten Lagerteiles und der Kompensationsmagnet, und damit das zweite Lagerteil und das erste Lagerteil gegensinnig abstoßen. Der Kompensationsmagnet kann dem Permanentmagneten des zweiten Lagerteiles durch einen Luftspalt getrennt direkt gegenüberliegend angeordnet sein, kann jedoch auch im Verlauf des Jocheisens an anderer Stelle angeordnet sein. Der Kompensationsmagnet kompensiert annähernd vollständig die axialen Anziehungskräfte zwischen dem Permanentmagneten des zweiten Lagerteiles und dem Jocheisen des ersten Lagerteiles. Dadurch kann die axiale Vorspannung im Magnetlager auf ein Minimum reduziert werden. Auf diese Weise kann durch entsprechende Steuerung der Magnetspule das zweite Lagerteil in einer vorspannungsfreien Mittellage gehalten werden. Durch den Wegfall der Vorspannung können zur sicheren Regelung der Mittellage des zweiten Lagerteiles kleinere Magnetspulen verwendet werden. Wegen der geringeren aufzubringenden Regelungskräfte der Magnetspule wird auch der Energieaufwand, und die Wärmeentwicklung durch die Magnetspule erheblich reduziert.In the magnetic bearing according to the invention a permanently magnetized compensation magnet on the first bearing part provided that the permanent magnet of the second bearing part in opposite directions magnetized opposite. The compensation magnet compensates the force effect of the permanent magnet of the second bearing part on the yoke. This is done by that the compensation magnet polarizes in opposite directions to the permanent magnet of the second bearing part, so that the permanent magnet of the second bearing part and the compensation magnet, and thus the second Repel the bearing part and the first bearing part in opposite directions. The Compensation magnet can the permanent magnet of the second bearing part separated by an air gap directly opposite each other, can also be arranged elsewhere in the course of the yoke his. The compensation magnet almost completely compensates for the axial forces of attraction between the permanent magnet of the second bearing part and the yoke of the first bearing part. This allows the axial preload in the magnetic bearing be reduced to a minimum. In this way, by appropriate Control of the solenoid the second bearing part in a preload-free Be held in the middle position. By eliminating the bias voltage safe regulation of the central position of the second bearing part smaller Solenoid coils are used. Because of the lower regulatory forces to be applied Magnetic coil is also the energy expenditure, and the heat development significantly reduced by the solenoid.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Magnetlager ringförmig ausgebildet und sind die Magnetspule, das Jocheisen, der Permanentmagnet des zweiten Lagerteiles sowie der Kompensationsmagnet ringartig angeordnet. Hierdurch wird eine große Kippstabilität des zweiten Lagerteiles zu dem ersten Lagerteil realisiert. Das zweite Lagerteil kann sich gleichzeitig gegenüber dem ersten Lagerteil drehen.According to a preferred embodiment the magnetic bearing is ring-shaped trained and are the magnetic coil, the yoke, the permanent magnet of the second bearing part and the compensation magnet arranged like a ring. This will make a big one tilting stability realized the second bearing part to the first bearing part. The second bearing part can simultaneously rotate with respect to the first bearing part.

Vorzugsweise sind mehrere Magnetspulen mit segmentartigen Jocheisen vorgesehen, die zu einem Ring zusammengesetzt sind. Ferner können über den Ringumfang mehrere Abstandssensoren zur Erfassung der Position des zweiten Lagerteiles im Raum vorgesehen und mit einer Steuervorrichtung verbunden sein, die die Magnetspulen zur Kompensation von Kippbewegungen des zweiten Lagerteiles ansteuert. Auf diese Weise können Kippbewegungen des zweiten Lagerteiles ausgeglichen werden.A plurality of magnetic coils are preferably included segment-like yokes provided, which are assembled into a ring are. You can also use the Ring circumference of several distance sensors for detecting the position of the second bearing part provided in the room and with a control device be connected to the solenoids to compensate for tilting movements controls the second bearing part. In this way, tilting movements of the second bearing part are balanced.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erste Lagerteil eine Wirbelstrom-Dämpfungsscheibe aus elektrisch leitendem Material auf, die axial zwischen den Permanentmagneten des zweiten Lagerteiles und dem Jocheisen des ersten Lagerteiles angeordnet ist. Die Wirbelstrom-Dämpfungsscheibe bewirkt eine Dämpfung radialer Bewegungen des zweiten Lagerteiles durch die bei radialen Bewegungen des zweiten Lagerteiles in der Dämpfungscheibe induzierten Wirbelströme. Auf diese Weise wird eine wirkungsvolle radiale Dämpfung in der Ebene des ringartigen Magnetlagers realisiert.According to a preferred embodiment the first bearing part an eddy current damping disc made of electrical conductive material on axially between the permanent magnets of the second bearing part and the yoke iron of the first bearing part is arranged. The eddy current damping disc causes one damping radial movements of the second bearing part by the radial Movements of the second bearing part in the damping disc induced eddy currents. On this way effective radial damping in the plane of the ring-like Magnetic bearing realized.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein freies Ende des Jocheisens axial und das andere freie Ende des Jocheisens radial des Permanentmagneten des zweiten Lagerteiles angeordnet. Durch die Anordnung des freien Jocheisenendes radial außen oder radial innen des Permanentmagneten des zweiten Lagerteiles wird eine unverschachtelte Anordnung der Teile des Magnetlagers realisiert. Das zweite Lagerteil kann komplett von einer Seite aus in das erste Lagerteil eingesetzt bzw. aus diesem herausgenommen werden. Dadurch wird eine einfache Montage des zweiten Lagerteiles an dem ersten Lagerteil ermöglicht.According to a preferred embodiment is a free end of yoke iron axially and the other free end of the yoke iron radially of the permanent magnet of the second bearing part arranged. By arranging the free yoke iron end radially Outside or radially inside the permanent magnet of the second bearing part becomes a nested arrangement of the parts of the magnetic bearing realized. The second bearing part can be completely from one side inserted into or removed from the first bearing part become. This makes it easy to assemble the second bearing part enabled on the first bearing part.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Magnetspule radial außen oder radial innen des Permanentmagneten des zweiten Lagerteiles angeordnet sein. Die Anordnung der Magnetspule und der Permanentmagnete erfolgt ungefähr in einer Ebene. Hierdurch wird eine kompakte Bauweise realisiert.According to a preferred embodiment, the magnetic coil can be radially outside or radially inside of the permanent magnet of the second bearing part be arranged. The arrangement of the magnetic coil and the permanent magnets is approximately in one plane. This results in a compact design.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Luftspalt zwischen dem Jocheisen und dem Kompensationsmagneten zur Querebene des ringförmigen Magnetlagers geneigt. Durch die Neigung des Luftspaltes zur Querebene wird der Luftspalt in seiner Fläche vergrößert, d.h. die einander gegenüberliegenden Wirkflächen des Jocheisens, des Kompensationsmagneten und des Permanentmagneten des zweiten Lagerteiles sind vergrößert. Hierdurch wird die Verwendung größerer Magnete und die Realisierung größerer Magnetkräfte mit einem Anteil an radialen Kraftkomponenten ermöglicht.According to a preferred embodiment is the air gap between the yoke and the compensation magnet to the transverse plane of the annular Magnetic bearing inclined. Due to the inclination of the air gap to the transverse plane the air gap in its area enlarged, i.e. the opposite Effective areas of the Yoke iron, the compensation magnet and the permanent magnet the second bearing part are enlarged. This will make the use larger magnets and the realization of larger magnetic forces with enables a proportion of radial force components.

Vorzugsweise ist das Magnetlager ein Wellenlager, wobei das erste Lagerteil statorseitig und das zweite Lagerteil wellenseitig angeordnet ist. Die Welle kann Teil eines Elektromotors, einer Pumpe oder anderer Maschinen sein. Das Magnetlager eignet sich insbesondere für schnelllaufende Wellen von Elektromotoren und Vakuumpumpen. Vorzugsweise ist das Wellen-Magnetlager ein Axiallager.The magnetic bearing is preferably a shaft bearing, the first bearing part on the stator side and the second bearing part is arranged on the shaft side. The wave can be part an electric motor, a pump or other machines. The Magnetic bearings are particularly suitable for high-speed shafts of electric motors and vacuum pumps. The shaft magnetic bearing is preferably an axial bearing.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Axiallager annähernd radial des Schwerpunktes der Welle und zwischen zwei Wellen-Radiallagern angeordnet, die jeweils axial beabstandet zu dem Wellenschwerpunkt angeordnet sind. Der Schwerpunkt der Welle befindet sich also zwischen den beiden Radiallagern, während das Axiallager ungefähr in der Schwerpunktquerebene liegt. Bei dieser Anordnung wird eine hohe Kippstabilität der Welle realisiert. Gleichzeitig ist das Axiallager derart angeordnet, dass es ein hohes Drehmoment zur Erzeugung eines entsprechenden Wellen-Kippmomentes bewirken kann.According to a preferred embodiment the thrust bearing is approximate arranged radially of the center of gravity of the shaft and between two shaft radial bearings, which are each axially spaced from the shaft center of gravity are. The center of gravity of the wave is therefore between the two radial bearings while the thrust bearing approximately in the center of gravity lies. With this arrangement, a high tilting stability the shaft realized. At the same time, the axial bearing is arranged that there is a high torque to generate a corresponding one Wave tilting moment can cause.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.The following are with reference to the drawings show several embodiments of the Invention closer explained.

Es zeigen:Show it:

1 eine erste Ausführungsform eines Magnetlagers mit einer einzigen Magnetspule, 1 a first embodiment of a magnetic bearing with a single magnetic coil,

2 eine zweite Ausführungsform eines Magnetlagers mit drei Magnetspulen, 2 a second embodiment of a magnetic bearing with three magnetic coils,

3 die drei Magnetspulen mit zugehörigen Jocheisen des Magnetlagers der 2, 3 the three magnetic coils with associated yokes of the magnetic bearing 2 .

4 eine dritte Ausführungsform eines Magnetlagers, bei dem der Permanentmagnet des zweiten Lagerteiles und der Kompensationsmagnet radial außen der Magnetspule angeordnet sind, und 4 a third embodiment of a magnetic bearing in which the permanent magnet of the second bearing part and the compensation magnet are arranged radially outside of the magnet coil, and

5 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Magnetlagers mit zur Radialen geneigten Magnetspaltflächen. 5 a fourth embodiment of a magnetic bearing with magnetic gap surfaces inclined to the radial.

In den 1-5 sind vier Ausführungsbeispiele von Magnetlagern 20,120,220,320 dargestellt, bei denen es sich um Wellenlager 10,110,210,310 handelt. Die Magnetlager 20,120,220,320 arbeiten berührungslos und sind daher insbesondere für hohe Drehzahlen von 100.000 Umdrehungen pro Minute und mehr geeignet. Sie finden insbesondere Einsatz zur Lagerung von Wellen in Vakuumpumpen, schnelllaufenden Antriebsmotoren, Spindellagerungen etc.In the 1 - 5 are four embodiments of magnetic bearings 20 . 120 . 220 . 320 shown, which are shaft bearings 10 . 110 . 210 . 310 is. The magnetic bearings 20 . 120 . 220 . 320 work without contact and are therefore particularly suitable for high speeds of 100,000 revolutions per minute and more. They are used in particular for the storage of shafts in vacuum pumps, high-speed drive motors, spindle bearings, etc.

Bei den Magnetlagern 20,120,220,320 der 1 - 5 handelt es sich jeweils um Axiallager einer schnelllaufenden Pumpe, beispielsweise einer Vakuumpumpe, es kann sich aber auch um Lager anderer Maschinenteile handeln. Radiallager zur radialen Lagerung der Wellen sind nicht dargestellt.With the magnetic bearings 20 . 120 . 220 . 320 the 1 - 5 each is a thrust bearing of a high-speed pump, for example a vacuum pump, but it can also be a bearing of other machine parts. Radial bearings for the radial bearing of the shafts are not shown.

Das Wellenlager 10 der 1 weist ein als feststehendes Lagerelement 14 ausgebildetes feststehendes erstes Lagerteil 12, ein als rotierende Welle 16 ausgebildetes bewegliches zweites Lagerteil 18 und das Magnetlager 20 zur axialen Lagerung des zweiten Lagerteiles 18 an dem ersten Lagerteil 12 auf.The shaft bearing 10 the 1 has a fixed bearing element 14 trained fixed first bearing part 12 , a as a rotating shaft 16 trained movable second bearing part 18 and the magnetic bearing 20 for the axial mounting of the second bearing part 18 on the first bearing part 12 on.

Das Magnetlager 20 weist eine ein torusförmiges Magnetfeld erzeugende ringförmige Magnetspule 42 auf, die von einem Jocheisen 44 umgeben ist. Die Magnetspule 42 ist in dem ringförmigen Hohlraum des Jocheisens 44 angeordnet. Das Jocheisen 44 besteht aus zwei im Querschnitt L-förmigen Ringen 45,46, die einen im Querschnitt rechteckigen Rahmen bilden. An einer radial inneren Ecke ist das Jocheisen unterbrochen, also offen ausgebildet. Das Jocheisen 44 besteht vorzugsweise aus einem Eisen-Verbund-Werkstoff mit einem 5 %igen Kunststoffanteil. Dadurch wird die Induktion von Wirbelströmen gering gehalten und die Regelung des Magnetlagers 20 beschleunigt.The magnetic bearing 20 has an annular magnetic coil generating a toroidal magnetic field 42 on that from a yoke iron 44 is surrounded. The solenoid 42 is in the annular cavity of the yoke iron 44 arranged. The yoke iron 44 consists of two L-shaped rings 45 . 46 which form a rectangular cross-section. The yoke iron is interrupted at a radially inner corner, that is to say it is open. The yoke iron 44 consists preferably of an iron composite material with a 5% plastic content. This keeps the induction of eddy currents low and the regulation of the magnetic bearing 20 accelerated.

An der Welle 16 ist, dem Jocheisen 44 axial gegenüberliegend, ein axial magnetisierter ringförmiger Permanentmagnet 50 befestigt, der von einer Hülse 52 an der Welle 16 befestigt ist und gehalten wird. Das von der Magnetspule 42 erzeugte Magnetfeld wirkt auf den wellenseitigen ringförmigen Permanentmagneten 50 in axialer Richtung anziehend oder abstoßend, je nach Polarisierung des erzeugten Magnetfeldes, also je nach Stromrichtung in der Magnetspule 42.On the wave 16 is the yoke 44 axially opposite, an axially magnetized ring-shaped permanent magnet 50 attached by a sleeve 52 on the shaft 16 is attached and held. That from the solenoid 42 generated magnetic field acts on the shaft-side ring-shaped permanent magnet 50 attracting or repelling in the axial direction, depending on the polarization of the magnetic field generated, that is, depending on the direction of current in the magnet coil 42 ,

An der axialen Stirnseite des inneren Jocheisenringes 46 im Bereich der Unterbrechung des Ringes ist ein permanent axial magnetisierter ringförmiger Kompensationsmagnet 54 befestigt, der zu dem wellenseitigen Permanentmagneten 50 gegensinnig polarisiert ist, so dass sich der Wellen-Permanentmagnet 50 und der Kompensationsmagnet 54 abstoßen. Auf diese Weise werden die zwischen dem ringförmigen Wellen-Permanentmagneten 50 und dem inneren Jocheisenring 46 wirkenden magnetischen Anziehungskräfte annähernd durch entsprechende Abstoßungskräfte zwischen dem Wellen-Permanentmagneten 50 und dem Kompensationsmagneten 54 kompensiert.On the axial face of the inner yoke iron ring 46 in the area of the interruption of the ring there is a permanently axially magnetized annular compensation magnet 54 attached to the shaft-side permanent magnet 50 is polarized in opposite directions, so that the shaft permanent magnet 50 and the compensation magnet 54 repel. In this way, the permanent magnet between the shaft shaft 50 and the inner yoke iron ring 46 acting magnetic attraction forces approximately by corresponding repulsive forces between the shaft permanent magnet 50 and the compensation magnet 54 compensated.

Damit ist ein aktives axiales Magnetlager realisiert, das in beide axiale Richtungen regeln kann, also sowohl anziehend als auch abstoßend. Durch Vorsehen des Kompensationsmagneten 54 kann die Regelung um eine annähernd vorspannungsfreie axiale Mittellage herum erfolgen. Durch die Vorspannungsfreiheit sind zur Einhaltung der axialen Mittellage der Welle 16 nur relativ kleine axiale Regelkräfte erforderlich. Hierdurch wird die Verwendung einer kleinen Magnetspule 42 ermöglicht. Durch die insgesamt verringerte erforderliche Regelleistung wird die Wärmeerzeugung in der Magnetspule 42 reduziert.This creates an active axial magnetic bearing that can regulate in both axial directions, that is, both attractive and repulsive. By providing the compensation magnet 54 the control can take place around an axially central position that is almost free of prestress. Through the preload are free to maintain the axial central position of the shaft 16 only relatively small axial control forces required. This will use a small solenoid 42 allows. Due to the overall reduced control power required, heat is generated in the solenoid 42 reduced.

Die axiale Lage der Welle 16 im Verhältnis zu dem feststehenden Lagerelement 14 wird durch einen nicht dargestellten Abstandssensor ermittelt, der ein entsprechendes Messsignal an eine nicht dargestellte Steuervorrichtung überträgt. Die Steuervorrichtung steuert in Abhängigkeit von der ermittelten axialen Position, der Geschwindigkeit und der Beschleunigung der Welle 16 einen entsprechenden Steuerstrom zu der Magnetspule 42, um die axiale Lage der Welle 16 zu korrigieren und die Welle 16 in ihrer axialen Mittellage zu halten.The axial position of the shaft 16 in relation to the fixed bearing element 14 is determined by a distance sensor, not shown, which transmits a corresponding measurement signal to a control device, not shown. The control device controls as a function of the determined axial position, the speed and the acceleration of the shaft 16 a corresponding control current to the solenoid 42 to the axial position of the shaft 16 to correct and the wave 16 to keep in their axial central position.

Axial vor dem Kompensationsmagneten 54 weist das feststehende erste Lagerteil 12 eine Wirbelstrom-Dämpfungsscheibe 62 aus einem elektrisch gut leitenden Material auf, beispielsweise aus Kupfer. Die Dämpfungsscheibe 62 ist also axial zwischen dem wellenseitigen Permanentmagneten 50 und dem statorseitigen Kompensationsmagneten 54 angeordnet. Bei radialen Bewegungen bzw. Vibrationen der Welle 16 werden durch den Wellen-Permanentmagneten 50 in der Dämpfungsscheibe 62 elektrische Wirbelströme induziert. Dadurch wird die mechanische Energie der Welle 16 induktiv auf die Dämpfungsscheibe 62 übertragen und dort in Wärme umgewandelt. Auf diese Weise werden Vibrationen und Schwingungen der Welle 16 wirksam gedämpft.Axial in front of the compensation magnet 54 has the fixed first bearing part 12 an eddy current damping disc 62 made of an electrically highly conductive material, for example copper. The damping disc 62 is therefore axially between the shaft-side permanent magnet 50 and the stator-side compensation magnet 54 arranged. With radial movements or vibrations of the shaft 16 are through the shaft permanent magnet 50 in the damping disc 62 electrical eddy currents induced. This is the mechanical energy of the shaft 16 inductive on the damping disc 62 transferred and converted into heat there. In this way, vibrations and vibrations of the shaft 16 effectively steamed.

Bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Wellenlagers 110 ist das Magnetlager 120 insoweit anders aufgebaut, als es nicht eine, sondern drei Magnetspulen 141,142,143, drei Jocheisen 144, entsprechende Jocheisen-Innenring-Abschnitte 1461 ,1462 ,1463 und entsprechende Jocheisen-Außenring-Abschnitte 1451 - 1453 aufweist, wie auch in 3 erkennbar ist. Die übrigen Teile entsprechen im Wesentlichen denen des Wellenlagers 10 der 1 und sind mit den entsprechenden, um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen. Zwischen den Jocheisen-Innenring-Abschnitten 1461 -1463 sind Segmente 147 aus nichtmagnetischem Material angeordnet, die die Jocheisen-Ring-Abschnitte 1461 -1463 magnetisch voneinander trennen. Ferner sind drei Abstandssensoren 160 vorgesehen, die ungefähr in der Querebene des Magnetlagers 120 den axialen Abstand der Welle 116 zum feststehenden zweiten Lagerteil 118 ermitteln. Durch die insgesamt drei axialen Abstandssensoren 160 kann die Wellenposition dreidimensional erfasst werden, so dass nicht nur axiale Abweichungen von der Mittellage, sondern auch Kippbewegungen der Welle 116 erfasst werden können. Durch die separat durch eine Steuervorrichtung ansteuerbaren Magnetspulen 141-143 lassen sich Kippbewegungen bzw. Kippschwingungen der Welle 116 kompensieren.The one in the 2 illustrated embodiment of a shaft bearing 110 is the magnetic bearing 120 in so far as it is constructed differently than there are not one but three solenoid coils 141 . 142 . 143 , three yokes 144 , corresponding yoke iron inner ring sections 146 1 . 146 2 . 146 3 and corresponding yoke iron outer ring sections 145 1 - 145 3 has, as in 3 is recognizable. The other parts essentially correspond to those of the shaft bearing 10 the 1 and are provided with the corresponding reference numerals increased by 100. Between the yoke iron inner ring sections 146 1 - 146 3 are segments 147 Made of non-magnetic material that the yoke iron ring sections 146 1 - 146 3 magnetically separate them. There are also three distance sensors 160 provided approximately in the transverse plane of the magnetic bearing 120 the axial distance of the shaft 116 to the fixed second bearing part 118 determine. Thanks to the three axial distance sensors 160 the shaft position can be recorded three-dimensionally, so that not only axial deviations from the central position, but also tilting movements of the shaft 116 can be recorded. The solenoid coils, which can be controlled separately by a control device 141 - 143 tilting movements or oscillations of the shaft 116 compensate.

Bei der in 4 dargestellten dritten Ausführungsform eines Wellenlagers 210 weist das Magnetlager 220 radial innen drei Magnetspulen 241, 242, einen Wellen-Permanentmagneten 250, einen Kompensationsmagneten 254 und eine Dämpfungsscheibe 262 radial außen der Magnetspulen 242 auf. Durch die außenseitige Anordnung können größere Permanentmagnete eingesetzt werden, die ein größeres Drehmoment auf die Welle 216 und damit eine größere stabilisierende Wirkung erzeugen. Durch die größeren Permanentmagnete wird die Tragkraft des Axiallagers erhöht. Die Teile dieses Wellenlagers 210 entsprechen im Wesentlichen denen des Wellenlagers 10 der 1 und sind mit den entsprechenden, um 200 erhöhten Bezugszeichen versehen.At the in 4 illustrated third embodiment of a shaft bearing 210 points the magnetic bearing 220 radially inside three solenoids 241 . 242 , a shaft permanent magnet 250 , a compensation magnet 254 and a damping disc 262 radially outside of the solenoids 242 on. Due to the outside arrangement, larger permanent magnets can be used, which have a greater torque on the shaft 216 and thus create a greater stabilizing effect. The larger permanent magnets increase the load capacity of the thrust bearing. The parts of this shaft bearing 210 essentially correspond to those of the shaft bearing 10 the 1 and are provided with the corresponding reference numbers increased by 200.

In der in 5 dargestellten vierten Ausführungsform eines Wellenlagers 310 sind der Wellen-Permanentmagnet 350, der Kompensationsmagnet 354 und die Dämpfungsscheibe 362 und damit der zwischen der Dämpfungsscheibe 362 und dem Wellen-Permanentmagneten 350 gebildete Spalt 370 nicht genau in einer Querebene liegend, sondern in einem Winkel von ungefähr 15 Grad dazu geneigt angeordnet. Die Magnetisierungsrichtung der Magnete 350, 354 ist ebenfalls in 15 Grad zur Querebene geneigt. Die zwischen dem feststehenden Lagerteil 312 und der Welle 316 übertragenen Magnetkräfte werden dadurch vergrößert und weisen sowohl eine axiale als auch eine kleinere radiale Komponente auf. Auf diese Weise lassen sich durch eine geeignete Regelung der Magnetspulen 342 sowohl die axiale Lage der Welle 316 als auch die radiale Lage der Welle 316 im Verhältnis zu dem feststehenden Lagerteil 312 regeln. Damit lassen sich radiale Ausbrüche und Schwingungen der Welle 316 auf ein Minimum reduzieren. Die übrigen Teile entsprechen im Wesentlichen denen des Wellenlagers 10 der 1 und sind mit den entsprechenden, um 300 erhöhten Bezugszeichen versehen.In the in 5 fourth embodiment of a shaft bearing shown 310 are the permanent wave magnet 350 , the compensation magnet 354 and the damping disc 362 and thus the one between the damping disc 362 and the shaft permanent magnet 350 formed gap 370 not exactly in a transverse plane, but inclined at an angle of approximately 15 degrees to it. The magnetization direction of the magnets 350 . 354 is also inclined at 15 degrees to the transverse plane. The between the fixed bearing part 312 and the wave 316 The magnetic forces transmitted are thereby increased and have both an axial and a smaller radial component. In this way, the solenoids can be suitably controlled 342 both the axial position of the shaft 316 as well as the radial position of the shaft 316 in relation to the fixed bearing part 312 regulate. This allows radial breakouts and vibrations of the shaft 316 reduce to a minimum. The other parts essentially correspond to those of the shaft bearing 10 the 1 and are provided with the corresponding reference numbers increased by 300.

Durch die Kompensation der Anziehungskräfte zwischen Wellen-Permanentmagneten und Jocheisen durch einen Kompensationsmagneten ist die Welle in ihrer axialen Mittellage vorspannungsfrei. Dadurch kann die axiale Mittellage des Rotors mit relativ kleinen Magnetspulen-Strömen geregelt werden. Dies ermöglicht kleine Magnetspulen, bewirkt eine geringere Wärmeentwicklung und reduziert die erforderliche Leistungsaufnahme des Axiallagers.By compensating the attractive forces between Wave permanent magnet and yokes by a compensation magnet, the shaft is in their axial central position is free of tension. This allows the axial Center position of the rotor regulated with relatively small magnet coil currents become. this makes possible small solenoids, causes less heat and reduces the required power consumption of the thrust bearing.

Claims (12)

Magnetlager mit einem feststehenden ersten Lagerteil (12) und einem beweglichen zweiten Lagerteil (18), das an dem ersten Lagerteil (12) berührungslos gelagert ist, wobei das erste Lagerteil (12) eine ein Magnetfeld erzeugende Magnetspule (42) mit einem Jocheisen aufweist, und das zweite Lagerteil (18) einen Permanentmagneten (50) aufweist, der in Ausrichtung mit dem Jocheisen (44) magnetisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem ersten Lagerteil (12) ein permanent magnetisierter Kompensationsmagnet (54) vorgesehen ist, der dem Permanentmagneten (50) des zweiten Lagerteiles (18) gegensinnig magnetisiert gegenüberliegt.Magnetic bearing with a fixed first bearing part ( 12 ) and a movable second bearing part ( 18 ), which on the first bearing part ( 12 ) is mounted without contact, the first bearing part ( 12 ) a magnetic coil generating a magnetic field ( 42 ) with a yoke, and the second bearing part ( 18 ) a permanent magnet ( 50 ) aligned with the yoke ( 44 ) is magnetized, characterized in that on the first bearing part ( 12 ) a permanently magnetized comm pension magnet ( 54 ) is provided, which is the permanent magnet ( 50 ) of the second bearing part ( 18 ) is magnetized in opposite directions. Magnetlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetlager ringförmig ausgebildet ist und die Magnetspule (42), das Jocheisen (44), der Permanentmagnet (50) des zweiten Lagerteiles (18) und der Kompensationsmagnet (54) ringartig angeordnet sind.Magnetic bearing according to claim 1, characterized in that the magnetic bearing is annular and the magnetic coil ( 42 ), the yoke ( 44 ), the permanent magnet ( 50 ) of the second bearing part ( 18 ) and the compensation magnet ( 54 ) are arranged in a ring. Magnetlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Magnetspulen (141, 142, 143) mit Jocheisen (144) ringartig angeordnet sind.Magnetic bearing according to claim 2, characterized in that a plurality of magnetic coils ( 141 . 142 . 143 ) with yokes ( 144 ) are arranged in a ring. Magnetlager nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lagerteil (12) eine Wirbelstrom- Dämpfungsscheibe (62) aus elektrisch leitendem Material aufweist, die axial zwischen dem Permanentmagneten (50) des zweiten Lagerteiles (18) und dem Jocheisen (44) angeordnet ist.Magnetic bearing according to one of claims 1-3, characterized in that the first bearing part ( 12 ) an eddy current damping disc ( 62 ) made of electrically conductive material, the axially between the permanent magnet ( 50 ) of the second bearing part ( 18 ) and the yoke ( 44 ) is arranged. Magnetlager nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abstandssensoren (160) in einer einzigen Querebene zur Erfassung der Position des zweiten Lagerteiles (118) vorgesehen und mit einer Steuervorrichtung verbunden sind, die die Magnetspulen (142) zur Kompensation von Kippbewegungen des zweiten Lagerteiles (118) ansteuert.Magnetic bearing according to one of claims 1-4, characterized in that a plurality of distance sensors ( 160 ) in a single transverse plane for detecting the position of the second bearing part ( 118 ) are provided and connected to a control device, which the solenoids ( 142 ) to compensate for tilting movements of the second bearing part ( 118 ) controls. Magnetlager nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass ein freies Ende des Jocheisens (44) axial und das andere freie Ende des Jocheisens (44) radial des Permanentmagneten (50) des zweiten Lagerteiles (18) angeordnet ist.Magnetic bearing according to one of claims 1-5, characterized in that a free end of the yoke iron ( 44 ) axially and the other free end of the yoke iron ( 44 ) radial of the permanent magnet ( 50 ) of the second bearing part ( 18 ) is arranged. Magnetlager nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule radial außen oder radial innen des Permanentmagneten (50) des zweiten Lagerteiles (18) angeordnet ist.Magnetic bearing according to one of claims 1-6, characterized in that the magnetic coil radially outside or radially inside of the permanent magnet ( 50 ) of the second bearing part ( 18 ) is arranged. Magnetlager nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt (360) zwischen dem Jocheisen (344) und dem Kompensationsmagneten (354) zur Querebene geneigt ist.Magnetic bearing according to one of claims 1-7, characterized in that the air gap ( 360 ) between the yokes ( 344 ) and the compensation magnet ( 354 ) is inclined to the transverse plane. Wellenlager mit einem Magnetlager (20) nach Anspruch 1, wobei das erste Lagerteil (12) statorseitig und das zweite Lagerteil (18) wellenseitig angeordnet ist.Shaft bearing with a magnetic bearing ( 20 ) according to claim 1, wherein the first bearing part ( 12 ) on the stator side and the second bearing part ( 18 ) is arranged on the shaft side. Wellenlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Wellen-Magnetlager (20) ein Axiallager ist.Shaft bearing according to claim 9, characterized in that the shaft magnetic bearing ( 20 ) is a thrust bearing. Wellenlager nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch die Merkmale einer der Ansprüche 2-8.Shaft bearing according to claim 9 or 10, characterized by the Features of one of the claims 2-8. Wellenlager nach einem der Ansprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetlager (20) annähernd radial des Schwerpunktes der Welle (16) und zwischen zwei Wellen-Radiallagern angeordnet ist, die jeweils axial beabstandet zu dem Wellen-Schwerpunkt angeordnet sind.Shaft bearing according to one of claims 9-11, characterized in that the magnetic bearing ( 20 ) approximately radial to the center of gravity of the shaft ( 16 ) and is arranged between two shaft-radial bearings, which are each axially spaced from the shaft center of gravity.
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