DE2160065A1 - ARRANGEMENT FOR MAGNETIC STORAGE OF A BODY - Google Patents
ARRANGEMENT FOR MAGNETIC STORAGE OF A BODYInfo
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Description
Licentia Patent-Verwaltungs GmbH 6 Frankfurt a.M., Theodor Stern Kai 1Licentia Patent-Verwaltungs GmbH 6 Frankfurt a.M., Theodor Stern Kai 1
Lehmann/li B I 154-/71 Lehmann / left BI 154- / 71
Anordnung zur magnetischen Lagerung eines Körpers.Arrangement for the magnetic storage of a body.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur magnetischen Lagerung eines Körpers, die mit mindestens einem Messfühler ausgerüstet ist.The invention relates to an arrangement for the magnetic mounting of a body, which is equipped with at least one measuring sensor is.
Die Entwicklung moderner magnetischer Werkstoffe erlaubt es, Lagerungsprobleme mit Hilfe von Hagnetkräften zu lösen. Dadurch wurde es möglich, von Schmiermitteln unabhängige, keinem Verschleiss unterworfene und damit wartungsfreie Lager zu entwickeln.Sie eignen sich insbesondere zur Beherrschung der Lagerprobleme für mit sehr hohen Drehzahlen betriebenen Wellen.The development of modern magnetic materials makes it possible to solve storage problems with the help of magnetic forces. Through this it became possible to have bearings that are independent of lubricants, not subject to wear and therefore maintenance-free They are particularly suitable for mastering the bearing problems for shafts operated at very high speeds.
Es ist bereits die magnetische Lagerung eines Rotors mit im wesentlichen vertikaler Drehachse an einem feststehenden Teil ohne Berührung zwischen dem Rotor und dem feststehenden TeilIt is already the magnetic mounting of a rotor with an essentially vertical axis of rotation on a stationary part without contact between the rotor and the stationary part
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bekannt, bei der der Rotor mit ferromagnetisehen Teilen versehen ist und von einem auf diese einwirkenden Tragmagneten getragen wird. Bei dieser Anordnung ist zur horizontalen Stabilisierung am feststehenden Teil weiterhin eine Stabilisierungseinrichtung zur Festlegung des Rotors in einer vorgegebenen Position vorgesehen (Offenlegungsschriften 1 750 602 und 1* 933 031).known, in which the rotor with ferromagnetic parts is provided and is carried by a supporting magnet acting on it. In this arrangement is to the horizontal Stabilization on the fixed part continues to be a stabilization device for fixing the rotor in provided for a specified position (Offenlegungsschriften 1 750 602 and 1 * 933 031).
Eine derartige Ausbildung einer elektromagnetischen Lagerung in Querrichtung weist ausserhalb der die Stabilisierungskräfte erzeugenden. Magnetspul en Fühler auf, die die Grosse der Stabilisierungsmagnetkräfte steuern. Der Nachteil einer derartigen Anordnung besteht darin, dass die Fühler um die Abmessungen von Lager und Fühlergehäuse gegenüber dem Angriffspunkt der Stabilisierungskraft versetzt sind und somit nur ungenaue Messwerte liefern.Such a design of an electromagnetic bearing in the transverse direction has the stabilizing forces outside generating. Magnetic coil sensors on which the size of the Control magnetic stabilization forces. The disadvantage of such an arrangement is that the probe is too small of the bearing and the sensor housing are offset from the point of application of the stabilizing force and thus only deliver inaccurate readings.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese Messwertungenauigkeiten weitestgehend zu vermeiden.The object of the invention is to eliminate these measurement inaccuracies to be avoided as far as possible.
W ' Bei einer eingangs beschriebenen Anordnung zur magnetischen Lagerung eines Körpers, die mit mindestens einem Messfühler ausgerüstet ist, wird eine Erfindung darin gesehen, dass jeder Messfühler innerhalb einer die Stellkraft erzeugenden Magnetspule in dem von ihr umschlossenen ferromagnetischen Kern angeordnet ist. W 'at an input-described arrangement for magnetic bearing of a body, which is equipped with at least a sensor, an invention is seen in that each sensor is within a the force generating coil disposed in the ferromagnetic her enclosed core.
Es ist der Messfühler aus zwei gegeneinander und in Reihe geschalteten Wicklungen aufgebaut, wobei die beiden Messfühlerwicklungen im Falle eines konstanten Luftspaltes zwischenIt is the measuring probe made up of two connected against each other and in series Windings built up, with the two sensor windings in the case of a constant air gap between
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Magnetpolfläche und der ihr gegenüberliegenden Fläche des gelagerten Körpers gleichen Windungsquerschnitt - das ist ,das Produkt von Windungszahl mal Polfläche des Wicklungskernes - besitzen. Magnetic pole surface and the opposite surface of the supported body with the same winding cross-section - that is , the product of the number of turns times the pole area of the winding core.
Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. A schematic exemplary embodiment of the invention will be explained with the aid of a drawing.
Die dargestellte Anordnung zeigt ein magnetisches Ringlager für einen dünnwandigen Hohlzylinder aus ferromagnetische!)! Material· Der Hohlzylinder 1 wird von einem Hingkern 2 umschlossen. Der Querschnitt des Ringkernes ist E-förmig ausgebildet, und es sind die Magnetspulen 4- um den Mittelschenkel des E-Querschnittes angeordnet. Zwischen dem Ringkern 2 und dem Hohlzylinder 1 ist der Luftspalt 3 zu erkennen. Bei dem dargestellten Beispiel umfassen die Magnetspulen 4- je ca. 90° der Mittelschenkel des Ringkernes. Für die Wickelköpfe sind Aussparungen in dem Mittelschenkelring vorgesehen. Vier weitere, im Verhältnis zur Luftspaltweite sehr schmale Aussparungen sind ferner symmetrisch in der Mitte des Mittelschenkels der MagnetSpulenkerne angebracht. In ihnen sind die beiden Messfühlerwicklungen 5 eingebaut.The arrangement shown shows a magnetic ring bearing for a thin-walled hollow cylinder made of ferromagnetic!)! Material · The hollow cylinder 1 is enclosed by a hanging core 2. The cross section of the toroidal core is E-shaped, and there are the solenoids 4 to the center leg of the E-cross section. Between the toroidal core 2 and the air gap 3 can be seen in the hollow cylinder 1. In the example shown, the solenoids comprise 4 each approx. 90 ° of the middle leg of the toroidal core. Recesses are provided in the center leg ring for the winding heads. Four further recesses, which are very narrow in relation to the air gap width, are also symmetrical in the middle of the center leg attached to the magnetic coil cores. They are in them two sensor windings 5 installed.
Die Erfindung ist nicht auf ringförmig geschlossene Magnetlager beschränkt, sondern kann bei Einzelmagneten als Stellglieder mit diesen kombiniert werden. Eine derartige Anordnung zeigt die Pig. 2, bei der die der Fig. 1 entsprechenden Teile gleich beziffert sind. Die Anordnungen-der Fig. 1 und weichen insofern voneinander ab, als dargestellt ist, dassThe invention is not limited to ring-shaped closed magnetic bearings, but can be used as actuators in the case of individual magnets can be combined with these. The Pig shows such an arrangement. 2, in which those of FIG. 1 corresponding Parts are numbered the same. The arrangements of FIGS. 1 and differ in that it is shown that
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man je nach dem Verwendungszweck der Anordnung zwischen den beiden Messfühlerwicklungen 5 einen magnetischen Pfad 6 (Fig. 1) vorsehen kann.depending on the intended use of the arrangement between the two sensor windings 5 can provide a magnetic path 6 (Fig. 1).
Die Induktivität der Reihenschaltung zweier solcher Messfühlerwicklungen, in denen gleiche Spannungen durch Wechselströme der Magnetspulen induziert werden, wird mit einer oberhalb der Arbeitsfrequenzen der Magnetspulenströme liegenden Träger- ^ frequenz gemessen. Der elektrische Messwert dient als Signalspannung für den Istwert der Luftspaltweite.The inductance of the series connection of two such sensor windings, in which the same voltages are induced by alternating currents of the magnet coils, one is above of the working frequencies of the magnet coil currents lying carrier ^ frequency measured. The electrical measured value serves as the signal voltage for the actual value of the air gap width.
Er stellt den Ausgangswert zur Aussteuerung von "Verstärkern als Stellglied für den Magnetspulenstrom dar. Letzterer liefert die Stellkraft für den Regelkreis der magnetischen Lagerung des Hohlzylinders auf die symmetrische Lage im Lager. Der Regelkreis ist im einzelnen nicht näher dargestellt, kann jedoch mit an sich bekannten Elementen aufgebaut werden. Der Istwert der Luftspaltweite zwischen dem magnetischen Lager und W dem ferromagnetischen Hohlzylinder wird vorteilhafterweise in der achsialen Mitte des Lagers, also etwa im Angriffspunkt der Stellkraft erfasst. Vorteilhafterweise sind weiterhin der Aufwand eines besonderen Gehäuses für die Messfühlerwicklungen und für deren justierbare Befestigung vermieden.It represents the output value for the control of "amplifiers as an actuator for the magnetic coil current. The latter provides the actuating force for the control circuit of the magnetic bearing of the hollow cylinder on the symmetrical position in the bearing. The control circuit is not shown in detail, but can be known per se The actual value of the air gap width between the magnetic bearing and W the ferromagnetic hollow cylinder is advantageously recorded in the axial center of the bearing, i.e. approximately at the point of application of the actuating force. The expense of a special housing for the sensor windings and for their adjustable fastening is also advantageous avoided.
Trotz der gemeinsamen magnetischen Wege innerhalb der Magnetspulen und der Messfühlerspulen ist eine magnetische Kopplung beider Kreise durch die Gegeneinanderachaltung von zwei Messfühlerwicklungen mit gleicher, von den Hagnetspulenwicklungen induzierter Spannung vermieden. Die magnetischen Despite the common magnetic paths within the magnet coils and the sensor coils, a magnetic coupling of the two circuits is avoided by connecting two sensor windings with the same voltage induced by the magnet coil windings. The magnetic
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Flusskreise der Arbeitsmaghetspulen fliessen in Ebenen'., die parallel zur Achse des Hohlzylinders verlaufen. Die Flusskreise der Messfühlerwicklungen mit anderer Trägerfrequenz verlaufen in Ebenen, die senkrecht auf der Hohlzylinderachse stehen. Unter dem Mittelschenkel der Magnetspulenkerne wird der dünnwandige Hohlzylinder durch den Magnetstrom in achsialer Richtung magnetisiert, während der trägerfrequenze magnetische Fluss der Messfühlerwicklungen sich tangential schliesst.Flow circles of the working magnet coils flow in planes'., which run parallel to the axis of the hollow cylinder. The flux circuits of the sensor windings with a different carrier frequency run in planes that are perpendicular to the hollow cylinder axis. Under the middle leg of the solenoid cores the thin-walled hollow cylinder is magnetized in the axial direction by the magnetic current, while the carrier frequency magnetic flux of the probe windings closes tangentially.
Eine Verfälschung des Messwertes der Messfühlerwicklungen etwa durch die Beeinflussung der Permeabilität eines dünnwandigen Hohlzylinders unter dem Einfluss des magnetischen Arbeitsflusses der Magnetspulenwicklungen zur Erzeugung der Stellkraft wird erstens dadurch reduziert, dass die Induktionsrichtungen beider Flüsse im Hohlzylinder senkrecht aufeinander stehen.Sie wird zweitens weiterhin dadurch verkleinert, dass die Läuferinduktion des Arbeitsflusses in der Mitbelebene des Lagers durch Null geht. Letztlich trägt zur gleichen Wirkung bei, dass durch erfindungsgemässe kleine tangentiale Abstände in der Grössenordnung der Luftspaltweite, oder eines zwei- bis vierfachen dieses Wertes zwischen den Mittellinien der beiden Messfühlerwicklungen eines Messfühlers der magnetische Pfad dieses Flusses im Läufer kurz gehalten wird.A falsification of the measured value of the sensor windings, for example by influencing the permeability of a thin-walled Hollow cylinder under the influence of the magnetic working flux of the magnet coil windings to generate the Actuating force is firstly reduced by the fact that the induction directions both flows in the hollow cylinder are perpendicular to each other. Second, it is further reduced by that the rotor induction of the work flow in the joint plane of the bearing goes through zero. Ultimately contributes to the same effect that through small tangential distances according to the invention in the order of magnitude of the air gap width, or two to four times this value between the center lines of the two probe windings of a probe the magnetic path of this flux in the rotor is kept short.
Ih weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann man die beiden MeanfühLerwicklungen auch konzentrisch anordnen. Sie umi;r:hl i«i;j£jeu dann einen magnetischen Kern und sind weiterhinIh further embodiment of the invention you can use the two Also arrange the mean sensor windings concentrically. You umi; r: hl i «i; j £ jeu then have a magnetic nucleus and continue to be
.3 0 9B 24/007? »D OHOMM..3 0 9B 24/007? “D OHOMM.
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durch einen Zylinder au« ferromagnetischem Material getrennt .separated by a cylinder made of ferromagnetic material .
Ein Beispiel für eine derartige Ausführungsform der Erfindung zeigen die Fig. 3 und Fig. 4. Dabei ist der in der Praxis häufige Fall - ohne dass jedoch darauf die Erfindung beschränkt ist- dargestellt, dass ein mit senkrechter Achse rotierender Körper magnetisch aufgehängt werden soll. Der gelagerte Körper ist nur schematisch als Hohlzylinder 7 angedeutet. An seiner Stirnfläche erkennt man "einen in magnetischer Hinsicht günstig ausgestalteten Tragdeckel 8.Der Hohlzylinder 7 wird durch die von der Arbeitsmagnetspule 9 erzeugte magnetische Kraft gehalten. Der Weg dieses Flusses verläuft durch den von der Arbeibsspulenwicklung umschlossenen Kern 11 über den Luftspalt 10 zum Tragdeckel 8 und über einen weiteren Luftspalt zum ferromagnetische^ Teil 12 als Rückschluss.An example of such an embodiment of the invention 3 and 4 show. This is the case that is common in practice - but without the invention is limited - shows that a body rotating with a vertical axis is to be suspended magnetically. The supported body is only indicated schematically as a hollow cylinder 7. On its face you can recognize "a magnetic one." Carrying cover 8, which is favorably designed in terms of its design generated magnetic force held. The path of this river runs through the one enclosed by the work coil winding Core 11 via the air gap 10 to the support cover 8 and via a further air gap to the ferromagnetic ^ part 12 as Conclusion.
In der Darstellung erkennt man die konzentrisch im ferromag-) netischen Kern 11 angeordneten Messfühlerspulen I£. Die innere Messfühlerwicklung 14 umaehliesst einen Teilkern 15 und wird ihrerseits von einem zylindrisch geformten weiteren Kern- . teil 16 umfangen. Die Messfühlerwicklung 13 ist als äussere der beiden dargestellt. Die Lage der Monsfühlerwicklungeri zueinander ist noch einmal in der Fig. 4- als Querschnittszeichnung eines Schnittes an der Stella A verdeutlicht.In the illustration you can see the concentric in the ferromag-) Netic core 11 arranged sensor coils I £. The inner one Measuring sensor winding 14 surrounds a partial core 15 and is in turn by a cylindrically shaped further core. part 16 encompassed. The sensor winding 13 is as the outer of the two shown. The position of the Monsfühlerwickeri to each other is illustrated once again in FIG. 4- as a cross-sectional drawing of a section at the Stella A.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiterhin auf die Besonderheit eingegangen, dass der Magnetpol und die davor befindliche Polfläche den gelagerten Körpern unterschiedlichIn the illustrated embodiment is still on the special feature that the magnetic pole and the pole face in front of it differ from the supported bodies
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gekrümmt sind. In diesem Fall ist der an sich "bei konstantem Luftspalt zwischen Magnetpol und der davor befindlichen Polfläche des gelagerten Körpers gleiche Windungsquerschnitt der Messfühlerwicklungen in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zu korrigieren.are curved. In this case the in itself is "at constant The air gap between the magnetic pole and the pole face of the supported body located in front of it has the same winding cross-section to correct the sensor windings in a further embodiment of the invention.
Es muss sich dann der Windungsquerschnitt der inneren Messfühlerwicklung 14- (Windungszahl der inneren Wicklung mal Innenpolflache) zu dem der äusseren Messfühlerwicklung 13 (Windungszahl der äusseren Wicklung mal Ringpolfläche plus Innenpolfläche) ebenso verhalten wie der mittlere kleinere Luftspalt vor dem Teilkern 15 zu dem mittleren weiteren Luftspalt vor dem Kernteil 16 einschliesslich Teilkern 15·It must then be the winding cross-section of the inner measuring sensor winding 14- (number of turns of the inner winding times the inner pole area) to that of the outer measuring sensor winding 13 (Number of turns of the outer winding times the ring pole area plus the inner pole area) behave in the same way as the smaller one in the middle Air gap in front of the partial core 15 to the central further air gap in front of the core part 16 including the partial core 15
Der gelagerte Hohlzylinder kann auch aus nicht magnetischem Werkstoff bestehen. Es sind dann darauf magnetische Teilabschnitte vorzusehen, an denen die Stellkraft des Lagers angreifen kann. Allgemein lässt sich der Erfindungsgedanke jedoch überall dort anwenden, wo Magnetflüsse als Stellkraft zur Positionierung eines Körpers dienen. Dabei kann sich der Körper wie beim dargestellten Beispiel entweder um eine vorgegebene Achse bewegen oder aber sieh auch allgemein in translatorischer Bewegung befinden.The mounted hollow cylinder can also consist of a non-magnetic material. There are then magnetic sections on it to be provided on which the actuating force of the bearing can act. In general, however, the idea of the invention Use wherever magnetic fluxes act as a positioning force serve a body. As in the example shown, the body can either be around a predetermined one Move the axis or see also generally in translatory Movement.
7 S. Beschreibung 7 See description
1 Bl. Zeichng. ». 4 Pig.1 sheet drawing. ». 4 pig.
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Claims (13)
gelagerten Körpers die Windungsquerschnitte der beiden Messfühlerwicklungen im gleichen Verhältnis zueinander stehen wie die mittleren Weiten der ihnen zugeordneten Luftspalte.14-.) Arrangement according to. Claim 13, characterized in that with differently curved surfaces of the magnetic pole and the pole surface located in front of it
stored body, the winding cross-sections of the two sensor windings are in the same ratio to each other as the average widths of the air gaps assigned to them.
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