DE2160065C3

DE2160065C3 - Arrangement for the magnetic storage of a body

Info

Publication number: DE2160065C3
Application number: DE19712160065
Authority: DE
Inventors: Peter Konrad Prof.Dr.Ing. 1000 Berlin Hermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-11-30
Filing date: 1971-11-30
Publication date: 1974-05-22
Also published as: DE2160065B2; IT971271B; FR2163152A5; GB1411627A; NL7215501A; DE2160065A1

Description

des Mittelschenkels angeordnet sind. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, dieseof the central leg are arranged. The object of the invention is this

7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch Meßwertungcnauigkeiten weitestgehend zu vermeigekennzeichnet, daß mehrere Magnetspulen (4) den.7. Arrangement according to claim 1 to 6, characterized as far as possible to avoid measuring valuation inaccuracies, that several solenoids (4) the.

vorgesehen sind. 35 Bei einer eingangs beschriebenen Anordnung ^urare provided. 35 In an arrangement described at the beginning

8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch magnetischen Lagerung eines Körpers, die mit mingekennzeichnet, daß die Magnetspulen (4,9) und destens einem Meßfühler ausgerüstet ist, vWrr' eine das ferromagnetische Material (2, 11) einen rotie- Erfindung darin gesehen, daß jeder Meßfühler innerrenden Körper (1, 7,8) umschließen. halb einer die Stellkraft erzeugenden Magnetspule in8. Arrangement according to claim 1 to 7, characterized in magnetic storage of a body, which is marked with min, that the magnetic coils (4,9) and at least one sensor is equipped, vWrr 'one the ferromagnetic material (2, 11) a rotary invention seen in the fact that each sensor innerrenden Enclose body (1, 7,8). half of a solenoid generating the actuating force in

9. Anordnung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ■,- dem von ihr umschlossenen ferrumagnetischen Kern gekennzeichnet, daß die Magnetspulen (4,9) und angeordnet ist.9. Arrangement according to claim 1 to 8, characterized ■, - the ferrumagnetic core enclosed by it characterized in that the magnetic coils (4,9) and is arranged.

das ferromagnetische Material (2, 11) ringförmig Es ist der Meßfühler aus zwei gegeneinander undthe ferromagnetic material (2, 11) ring-shaped It is the sensor made of two against each other and

um eine Achse ausgebildet sind. in Reihe geschalteten Wicklungen aufgebaut, wobeiare formed around an axis. built in series-connected windings, wherein

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch ge- die beiden Mcßfühlerwicklungen im Falle eines konkennzeichnet, daß der Körper einen Hohlzylinder 45 stanten Luftspaltes zwischen Magnetpolfläche und (1,7,8) darstellt. der ihr gegenüberliegenden Fläche des gelagerten10. The arrangement as claimed in claim 8, characterized in that the two measuring sensor windings in the case of a concealed that the body has a hollow cylinder 45 constant air gap between the magnetic pole face and Represents (1,7,8). the opposite surface of the stored

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch Körpers gleichen Windungsquerschnitt— das ist das gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (1, 7,8) Produkt von Windungszahl mal Polfläche des Wickaus dünnwandigem ferromagnetischem Werkstoff lungskernes — besitzen.11. Arrangement according to claim 10, characterized in that the body has the same winding cross-section - that is characterized in that the hollow cylinder (1, 7,8) is the product of the number of turns times the pole surface of the winding thin-walled ferromagnetic material lungs core - own.

hergestellt ist. 50 An Hand einer Zeichnung sei ein schematischesis made. 50 A drawing is a schematic one

12. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, da- Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.12. Arrangement according to claim 1 to 4, explained there- embodiment of the invention.

durch gekennzeichnet, daß die Meßfühlerwick- Die dargestellte Anordnung zeigt ein magnetischescharacterized in that the measuring sensor winding The illustrated arrangement shows a magnetic

lungen (13. 14) konzentrisch zueinander angeord- Ringlager für einen dünnwandigen Hohlzylinder auslungs (13, 14) concentrically to one another angeord- ring bearings for a thin-walled hollow cylinder

net sind. ferromagnetischem Material. Der Hohlzylinder 1are net. ferromagnetic material. The hollow cylinder 1

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch 55 wird von einem Ringkern 2 umschlossen. Der Quergekennzeichnet, daß zwischen den Meßfühler- schnitt des Ringkernes ist E-förmig ausgebildet, und Wicklungen (13, 14) ein Zylinder (16) aus ferro- es sind die Magnetspulen 4 um den Mittelschenkel magnetischem K^rnmaterial vorgesehen ist. des Ε-Querschnittes angeordnet. Zwischen dem Ring-13. The arrangement according to claim 12, characterized in that 55 is enclosed by a toroidal core 2. The transverse indicates that between the sensor section of the toroidal core is E-shaped, and Windings (13, 14) a cylinder (16) made of ferrous - there are the magnetic coils 4 around the center leg magnetic grain material is provided. of the Ε cross-section. Between the ring

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch kern 2 und dem Hohlzylinder 1 ist der Luftspalt 3 zu gekennzeichnet, daß bei unterschiedlich ge- <io erkennen. Bei dem dargestellten Beispiel umfassen krümmter Fläche des Magnetpoles (11) und der die Magnetspulen 4 je etwa 90° der Mittelschenkel davor befindlichen Polfläche (8) des gelagerten des Ringkernes. Für die Wickelköpfe sind Ausspa-Körpers (7,8) die Windungsquerschnitte der bei- rungen in dem Mittelschenkelring vorgesehen. Vier den Meßfühlerwicklungen im gleichen Verhältnis weitere, im Verhältnis zur Luftspaltweite sehr zueinander stehen wie die mittleren Weiten der 65 schmale Aussparungen sind ferner symmetrisch in ihnen zugeordneten Luftspalte (10). der Mitte des Mittelschenkels der Magnetspulen-14. The arrangement according to claim 13, characterized in that the core 2 and the hollow cylinder 1, the air gap 3 is closed marked that with different ge <io recognize. In the example shown, include curved surface of the magnetic pole (11) and the magnet coils 4 each about 90 ° of the center leg in front of it the pole face (8) of the supported toroidal core. There are Ausspa bodies for the winding heads (7,8) the winding cross-sections of the grains provided in the central leg ring. Four the sensor windings in the same proportion further, in relation to the air gap width very much are related to each other as the middle widths of the 65 narrow recesses are also symmetrical in air gaps (10) assigned to them. the middle of the middle leg of the solenoid

kerne angebracht. In ihnen sind die beiden Meß-cores attached. In them are the two measuring

' fühlerwicklungen 5 eingebaut.'Sensor windings 5 built in.

Die Erfindung ist nicht auf ringförmig geschlos- zwei- bis vierfachen dieses Wertes zwischen den sene Magnetlager beschränkt, sondern kann bei Ein- Achsen der beiden Meßfühlerwicklungen eines MeB-zelmagneten als Stellglieder mit diesen kombiniert fühlers der magnetische Pfad dieses Flusses im Lauwerden. Eine derartige Anordnung zeigt die F i g. 2, fer kurz gehalten wird.The invention is not closed in a ring-two to four times this value between the This magnetic bearing is limited, but can with one-axis of the two sensor windings of a measuring magnet as actuators combined with these sensors the magnetic path of this flow in the lukewarm. Such an arrangement is shown in FIG. 2, fer is kept short.

bei der die der Fig. 1 entsprechenden Teils gleich 5 In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann man beziffert sind. Die Anordnungen der Fig. 1 und2 die beiden Meßfühlerwicklungen auch konzentrisch weichen insofern voneinander ab, als dargestellt ist, anordnen. Sie umschließen dann einen magnetischen daß man je nach dem Verwendungszweck der An- Kern und sind weiterhin durch einen Zylinder aus Ordnung zwischen den beiden Meßfühlerwicklun- ferromagnetischem Material getrennt, genS einen magnetischen Pfad 6 (Fig. 1) vorsehen io Ein Beispiel für eine derartige Ausfuhrungsform kann. der Erfindung zeigen die F i g. 3 und F ι g. 4. Dabeiin which the part corresponding to FIG. 1 is equal to 5. In a further embodiment of the invention, one can are numbered. The arrangements of Figures 1 and 2 also have the two probe windings concentric differ insofar as is shown, arrange. They then enclose a magnetic one that depending on the intended use of the core and are further characterized by a cylinder Order between the two sensor windings - ferromagnetic material separated, In general, provide a magnetic path 6 (FIG. 1). An example of such an embodiment can. of the invention show the F i g. 3 and FIG. 4. Here

Die Induktivität der Reihenschaltung zweier sol- ist der in der Praxis häufige Fall — ohne daß jedoch eher Meßfühlerwicklungen, in denen gleiche Span- darauf die Erfindung beschränkt ist — dargestellt, nungen durch Wechselströme der Magnetspulen in- daß ein mit senkrechter Achse rotierender Korper duziert werden, wird mit einer oberhalb der Arbeits- 15 magnetisch aufgehängt werden soll. Der gelagerte Frequenzen der Masmetspulenströme liegenden Körper ist nur schematisch als Hohlzyhnder7 ange-Trägerfrequenz gemessen. Der elektrische Meßwert deutet. An seiner Stirnfläche erkennt man einen in dient als Signalspannung für den Istwert der Luft- magnetischer Hinsicht günstig ausgestalteten lragspaltweite. deckel 8. Der Hohlzylinder 7 wird durch die von derThe inductance of the series connection of two sol- is the most common case in practice - but without that rather sensor windings in which the same chip - the invention is limited to this - shown, voltages due to alternating currents of the magnetic coils in that a body rotating with a vertical axis be duced, is to be hung magnetically with one above the working 15. The stored one Frequencies of the body lying body coil currents is only shown schematically as a hollow cylinder7 carrier frequency measured. The electrical reading indicates. You can recognize an in serves as the signal voltage for the actual value of the air-magnetically favorable bearing gap width. cover 8. The hollow cylinder 7 is by the

Er stellt den Ausgangswert zur Aussteuerung von 20 Arbeitsmagnetspule 9 erzeugte magnetische Kraft ge-Verstärkern als Stellglied für den Magnetspulenstrom halten. Der Weg dieses Flusses verlauft durch den dar. Letzterer liefert die Stellkraft für den Regelkreis von der Arbeitsspulenwicklung umschlossenen Kern der magnetischen Lagerung des Hohlzylinders auf 11 über den Luftspalt 10 zum Tragdeckel 8 und uDer die symmetrische Lage im Lager. Der Regelkreis ist einen weiteren Luftspalt zum ferromagnetischen l eil im einzelnen nicht näher dargestellt, kann jedoch mit as 12 als Rückschluß. .It provides the output value for modulating 20 working solenoid 9 generated magnetic force amplifiers as an actuator for the solenoid current. The path of this river runs through the The latter provides the actuating force for the control circuit from the core enclosed by the work coil winding the magnetic storage of the hollow cylinder on 11 via the air gap 10 to the support cover 8 and uDer the symmetrical position in the warehouse. The control loop is another air gap to the ferromagnetic part not shown in detail, but can be concluded with as 12 as a conclusion. .

an sich bekannten Elementen aufgebaut werden. Der In der Darstellung erkennt man die konzentrischelements known per se are built up. In the illustration you can see the concentric

Istwert der Luftspaltweite zwischen dem magneti- im ferromagnetischen Kern 11 angeordneten MeB-sehen Lager und dem ferromagnetischen Hohlzylin- fühlerwicklungen 13,14. Die innere Meßfuhlerwickder wird vorteilhafterweise in der achsialen Mitte des lung 14 umschließt einen Teilkern 15 und wird ilirer-Lagers, also etwa im Angriffspunkt der Stellkraft er- 30 seits von einem zylindrisch geformten weiteren K.emfaßt. Vorteilhafterweise sind weiterhin der Aufwand teil 16 umfangen. Die Meßfühlerwicklung \ό ist als eines besonderen Gehäuses für die Meßfühlerwick- äußere der beiden dargestellt. Die Lage der MeB-lungen und für deren justierbare Befestigung vermie- fühlerwicklungen zueinander ist noch einmal m der den. Trotz der gemeinsamen magnetischen Wege in- F i g. 4 als Schnitt an der Stelle A verdeutlicht, nerhalb der Magnetspulen und der Meßfühlerspulen 3b Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist weiist eine magnetische Kopplung beider Kreise durch terhin auf die Besonderheit eingegangen daß der die Gegeneinanderschaltung von zwei Meßfühler- Magnetpol und die davor befindliche Polflacne des wicklungen mit gleicher, von den Magnetspulenwick- gelagerten Körpers unterschiedlich gekrümmt sind, lungen induzierter Spannung vermieden. Die magne- In diesem Fall ist der an sich bei konstantem LuU-tischen Flußkreise bei ringförmigen Arbeitsmagnet- 40 spalt zwischen Magnetpol und der davor betindlispulen fließen in Zylindermantelflächen, deren Ach- chen Polfläche des gelagerten Korpers gleiche Vmsen parallel zur Achse des Hohlzylinders verlaufen. dungsquerschnitt der Meßfühlerwicklungen in weitc-Die Flußkrrise der Meßfühlerwicklungen mit anderer rer Ausgestaltung der Erfindung zu korrigieren. Trägerfrequenz verlaufen in Ebenen, die senkrecht Es muß sich dann der Windungsquerschnitt der inActual value of the air gap width between the magnetic bearing arranged in the ferromagnetic core 11 and the ferromagnetic hollow cylinder sensor windings 13, 14. The inner measuring sensor winding is advantageously in the axial center of the lung 14 encloses a partial core 15 and is held by a further cylindrical element, i.e. approximately at the point of application of the actuating force. Advantageously, the expense part 16 continues to be covered. The sensor winding \ ό is shown as a special housing for the outer sensor winding of the two. The position of the measurements and their adjustable fastening of the avoidance sensor windings to one another is once again m the den. Despite the common magnetic paths in F i g. 4 clarified as a section at point A , within the magnetic coils and the sensor coils 3b In the illustrated embodiment, a magnetic coupling of the two circuits has been dealt with through the special feature that the opposing connection of two measuring sensor magnetic poles and the preceding pole face of the windings the same body supported by the magnetic coil winding are curved differently, lungs induced voltage are avoided. In this case, the magnetic flux circles in the case of constant air flow circles with an annular working magnet gap between the magnetic pole and the preceding betindlispulen flow in cylinder jacket surfaces, the axis of which the pole surface of the supported body runs parallel to the axis of the hollow cylinder. tion cross-section of the sensor windings in Weitc-Correcting the flux crisis of the sensor windings with other rer embodiment of the invention. Carrier frequencies run in planes that are perpendicular. The winding cross-section of the in

auf der Hohlzylinderachse stehen. Unter dem Mittel- 45 neren Meßfühlerwicklung 14 (Windungszahl der inschenkel der Magnetspulenkerne wird der dünnwan- neren Wicklung mal Innenpolfläche) zu dem der audige Hubzylinder durch den Magnetstrom in achsia- ßeren Meßfühlerwicklung 13 (Windungszahl der auler Richtung magnetisiert, während der trägerfre- ßeren Wicklung mal Ringpolflache plus Innenpolquente magnetische Fluß der Meßfühlerwicklungcn fläche) ebenso verhalten wie der mittlere kleinere sich tangential schließt. 50 Luftspalt vor dem Teilkern 15 zu dem mittleren wei-stand on the hollow cylinder axis. Under the middle measuring sensor winding 14 (number of turns of the in-leg the solenoid core becomes the thinner winding times the inner pole surface) to that of the other Lifting cylinder through the magnetic current in the axially external measuring sensor winding 13 (number of turns of the outer Direction magnetized, during the winding with less carrier, times the ring pole area plus the internal pole sequence magnetic flux of the measuring sensor winding surface) behave as well as the middle smaller one closes tangentially. 50 air gap in front of the partial core 15 to the middle white

Eine Verfälschung des Meßwertes der Meßfühler- teren Luftspalt vor dem Femteil 16 einscnlielMicn wicklungen etwa durch die Beeinflussung der Per- Teilkern 15. .A falsification of the measured value of the measuring sensor tere air gap in front of the remote part 16 includes windings, for example, by influencing the per- partial core 15..

meabilität eines dünnwandigen Hohlzylinders unter Der gelagerte Hohlzylinder kann auch aus mcht-meability of a thin-walled hollow cylinder under The supported hollow cylinder can also be made from

dem Einfluß des magnetischen Arbeitsflusses der magnetischem Werkstoff bestehen. Es sind dann dar-Magnetspulenwicklungen zur Erzeugung der Stell- 55 auf ferro-magnetische Teilabschnitte vorzusehen, an kraft wird erstens dadurch reduziert, daß die Induk- denen die Stellkraft des Lagers angreifen kann. AII-tionsrichtungen beider Flüsse im Hohlzylinder senk- gemein läßt sich der Erfindungsgedanke jedoch uberrecht aufeinander stehen. Sie wird zweitens weiterhin all dort anwenden, wo Magnetflüsse als Stellkraft zur dadurch verkleinert, daß die Läuferinduktion des Ar- Positionierung eines Körpers dienen. Dabei kann beitsflusses in der Mittelebene des Lagers durch Null 60 sich der Körper wie beim dargestellten Beispiel entgeht. Letztlich trägt zur gleichen Wirkung bei, daß weder um eine vorgegebene Achse bewegen oder durch erfindungsgemäße kleine tangentiale Abstände aber sich auch allgemein in translatonscher Bewein der Größenordnung der Luftspaltweite, oder eines gung befinden.the influence of the magnetic working flux of the magnetic material exist. There are then dar-solenoid windings to be provided for generating the actuating 55 on ferromagnetic subsections The force is firstly reduced by the fact that the inductors can attack the actuating force of the bearing. All directions However, the idea of the invention can be transposed perpendicular to both flows in the hollow cylinder stand on top of each other. Secondly, it will continue to be used wherever magnetic fluxes act as a force reduced by the fact that the rotor induction of the Ar positioning of a body serve. Here can With flow in the center plane of the bearing through zero 60, the body escapes as in the example shown. Ultimately contributes to the same effect that neither move about a given axis or due to the small tangential distances according to the invention, however, they are also generally translated into translatonic weeping of the order of magnitude of the air gap width, or of a supply.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

P .., The invention relates to an arrangement for magneratentansprucne: tables storage of a body, which is equipped with at least 1st arrangement for magnetic storage of a sensor.
of a body which is equipped with at least one measuring sensor (5, 13, 14), which means that bearing problems can be identified with the aid of To solve magnetic forces. This made it possible within a magnet that generates the actuating force and is independent of lubricants and has no wear coil (4,9) in the ferromagnetic and therefore maintenance-free bearing for demagnetic core (2, 11) that is enclosed by it. wrap. They are particularly suitable for mastering 2. Arrangement according to Claim 1, characterized in that the measuring sensor (5, 13, 14) consists of shafts operated by numbers.

t. two contrary in their sense of winding i> nd in It is ready * the magnetic bearing of a red one Series connected windings is constructed. tors with a substantially vertical axis of rotation 3. Arrangement according to claim 1 and 2, characterized in a fixed part without contact between characterized in that the sensor windings (5, 15 are known to the rotor and the fixed part, at 13, 14) also provide parts of the ferromagnetic or the rotor with ferromagnetic parts f core (2, 11) of the magnet coils (4,9) is enclosed and by a load-bearing dimensions acting on these ■; Ben is worn gracefully. With this arrangement,

4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized by dialen stabilization on the fixed part further characterized in that both sensor windings 20 have a stabilization device for determining the (S, 13, 14) the same winding cross section aufwei- rotor is provided in a predetermined position sen. (Offenlegungsschriften 1 750 602 and 1 933 031).

5. Arrangement according to claim 1 to 4, characterized in such a design of an electromagnetic, that the ferromagnetic material see storage in the radial direction outside rial (2) of the magnet coil (4) E-shaped transverse 25 of the magnet sheet cut that generates the stabilizing forces has and the solenoid (4,9) on the len sensor, which is the size of the Stabilisierungsma-Mittelschenkel encloses. control gnological forces. The disadvantage of such an

6. Arrangement according to claim 1 to 5, characterized in that the sensor is marked around the that the sensor windings (5, measurements of the bearing and sensor housing opposite 13, 14) offset from the point of application of the stabilizing force by a magnetic coil 30 (4,9) of the enclosed space are on partial sections and thus only provide imprecise measured values.