DE2205970C1 - Elektromagnetisches Stellglied für die berührungslose magnetische Querlagerung eines Rotors - Google Patents

Description

a) in zwei benachbarten, aber räumlich getrennten Ebenen (E, E') quer zur Drehachse des Rotors (1) jeweils ein ringförmiger ferromagnetischer Kern (3, 3') und an ihn anschließend konzentrisch dazu ein radial magnetisierter Permanentmagnet (2,2') vorgesehen ist,

b) die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete (2, 2') in den beiden Ebenen (E, E') entgegengesetzt ist,

c) jeder ferromagnetische Kern (3, 3') auf beiden Seiten jeder Querachse (x, y) und symmetrisch zu ihr je eine Teilwicklung (z. B. 4a, Ab, in F i g. 1 für die y-Achse) aufweist und

d) die jeweils einer Querachse (z. B. y-Achse in F i g. 1) zugeordneten Teilwicklungen (4a, 4ö in Fig. 1) durch ihre Verschaltung bei Stromdurchgang in den Kernen (3, 3') magnetische Flüsse (5a, 5b, 5a', 5b') hervorrufen, die innerhalb des Kernes einer jeden Ebene (5a, 5b in Kern 3; 5s', 5b' in Kern 3') gegeneinander gerichtet und in den Kernen (3, 3') der beiden Ebenen (E, E') von unterschiedlicher Richtung (z. B.5ain Kern3;5a'in Kern3')sind.

2. Elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen für beidt Ebenen (E, E') gemeinsamen, mit je einem Schenkel die beiden Ringkerne (3, 3') umfassenden Permanentmagneten (7) von U-förmigem Querschnitt.

3. Elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrlagige Teilwicklungen.

4. Elektromagnetisches Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Querachsen zugeordneten Teilwicklungen einander überlappend ausgebildet sind.

5. Elektromagnetisches Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zwei benachbarten Querachsen zugeordneten Teilwicklungen Lücken vorgesehen sind.

6. Elektromagnetisches Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen der einzelnen Teilwicklungen jeweils an den beiden Enden der Teilwicklung konzentriert sind.

7. Elektromagnetisches Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Aussteuerung mit Wechselstromendverstärkern, dadurch gekennzeichnet, daß alle Windungen bzw. Lagen einer Teilwicklung gleichen Wirkungssinn aufweisen.

8. Elektromagnetisches Stellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Aussteuerung mit Gleichstromendverstärkern, dadurch gekennzeichnet, daß jede Teilwicklung aus zwei getrennten, ineinander liegenden Teilen besteht, durch deren Wicklungssinn und Stromfluß entgegengesetzte Kraftwirkungen erzielbar sind.

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Stellglied für die berührungslose magnetische Querlagerung eines aus ferromagnetischem Material bestehenden

ίο oder mit ferromagnetischen Teilen versehenen Rotors mit im wesentlichen vertikaler Drehachse. Als Beispiel hierfür seien Gas-Ultrazenirifugen genannt, bei denen wegen der besonders hohen Drehzahlen Lagerungen benötigt werden, die möglichst keine Reibungsverluste aufweisen.

Bei bisher bekannten Querlagerungen nach dem magnetischen Prinzip werden zwei ringförmige Permanentmagnete verwendet, von denen der eine auf dem Rotor mitrotierend angeordnet ist und der andere koaxial darüberliegend elastisch mit dem Gehäuse verbunden sein muß. Dieses nach dem permanentmagnetischen Prinzip arbeitende System ist infolge der geringer werdenden Ankoppelungskräfte in der Anwendung beschränkt, da wegen der hohen Drehzahlen eine Verkürzung des Rotors eintritt.

In anderen bekannten Lösungen des Problems werden zur Aui Dringung der für die Querlagerung notwendigen Kräfte Elektromagnete verwendet werden. In einer derartigen bekannten Anordnung ist ein Tragmagnet zur Aufnahme des Rotorgewichtes vorgesehen. Er erzeugt ein gleichbleibendes Magnetfeld mit radialer und vertikaler Komponente, wobei die vertikale Komponente den Rotor in einer in vertikaler Richtung stabilen Lage hält. Zur horizontalen Stabilisierung sind besondere Elektromagnete vorgesehen. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß der z. B. ringförmig ausgebildete Tragmagnet, der ein Permanentmagnet sein kann, und die zur Stabilisierung dienenden Elektromagnete in einer Ebene liegen und daß zwischen Tragmagnet und Stabilisierungsmagnet ein am Rotor angeordneter Ring aus ferromagnetischem Material liegt, auf den die Magnetkräfte einwirken. Dabei werden die Kräfte in Richtung vorgegebener Querachsen eingeleitet. Üblicherweise sind dabei für jede der Querachsenrichtungen ein Paar einander auf dem Umfang gegenüber liegende Elektromagnete mit mehr oder weniger ausgeprägten Polen vorgesehen. Ausgeprägte Pole bedingen Wirbelströme und Hystereseverluste im Rotor, die auf die Drehbewegung bremsend wirken. Diese Ausbildungen weisen außerdem den Nachteil auf, daß die Einzelspulen bei der Montage in den Querachsen exakt ausgerichtet werden müssen. Zur Reduzierung der Verluste und Erleichterung der Montage sind Lösungen bekannt, bei denen die Wicklungen entsprechend der bei Gleich-Strommaschinen üblichen Polteilung ringförmig über weitere Bereiche auf den Umfang verteilt sind. Diese Lösung bedingt neben größeren Eisen-Volumen einen komplizierten Aufbau der Spule.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verlustarme magnetische Querlagerung zu schaffen, bei der die aufwendigen und vor allem in der Herstellung teuren Wicklungen der oben genannten Art vermieden werden und zudem die Wicklung und der Kern kleines Bauvolumen aufweisen. Unter vcrlustarmer Lagerung

b") soll hier verstanden werden, daß nicht nur Hystercsc- und Wirbelstromverluste weitgehend reduziert weiden, sondern daß auch die Regelung nur im dynamischen Störlingsfall Energie verbraucht. Das Ziel wird erfin-

dungsgemäß dadurch erreicht, daß

a) in zwei benachbarten, aber räumlich getrennten Ebenen quer zur Drehachse des Rotors jeweils ein ringförmiger ferromagnetischer Kern und an ihn anschließend konzentrisch dazu ein radial magnetisierter Permanentmagnet vorgesehen ist,

b) die Magnetisierungsrichtung der Pemanentmagnete in den beiden Ebenen entgegengesetzt ist,

c) jeder ferromagnetische Kern auf beiden Seiten jeder Queracnse und symmetrisch zu ihr eine Teilwicklung aufweist und

d) die jeweils einer Querachse zugeordneten Teilwicklungen durch ihre Verschaltung bei Stromdurchgang in den Kernen magnetische Flüsse hervorrufen, die innerhalb des Kernes einer jeden Ebene gegeneinander gerichtet und in den Kernen der beiden Ebenen von unterschiedlicher Richtung sind.

Die Erfindung nutzt dabei den Umstand aus, daß bei einem Kern mit gegeneinander gerichteten magnetischen Flüssen die Feldlinien gezwungen werden, aus dem Kern auszutreten. Sie gehen dabei vom Kern in die ferromagnetischen Teile des Rotors über. Im Zusammenwirken mit dem überlagerten Permanentmagnetfeld werden somit magnetische Kräfte in definierter Richtung entlang der vorgegebenen Querachsen auf den Rotor ausgeübt. Die Anordnung eines permanentmagnetischen Vormagnetisierungsfeldes bei Elektromagneten an sich ist nicht Gegenstand der Erfindung.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, daß die durch Wirbelströme und Hysterese bedingten unerwünschten Einflüsse vermieden sind. Die Vorteile eines derartigen elektromagnetischen Stellgliedes liegen auf der Hand. Die Herstellung der ringförmigen Spulen ist außerordentlich einfach und wesentlich billiger als die der obengenannten, an die Gleichstrommaschinen angelehnten Ausbildungen. Das Bauvolumen ist gering. Die Nachteile der eingangs genannten Ausbildungen mit Einzelspulen und ausgeprägten Polen werden durch die Erfindung beseitigt, insbesondere erlaubt die Erfindung eine solche Auslegung des Regelungssystems, daß selbst bei geringen statischen Störungen keine Energie verbraucht wird, sondern nur im dynamischen Störungsfall.

Für die Wirkungsweise der Erfindung ist es grundsätzlich gleichgültig, in welcher Reihenfolge die Anordnung von Spulenkern und Permanentmagnet radial gesehen erfolgt. Wesentlich ist nur, daß in beiden Ebenen die Permanentmagnete eine solche radiale Magnetisierungsrichtung aufweisen, daß sie in den beiden Ebenen radial entgegengesetzt gerichtet sind. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung können die beiden ringförmigen Permanentmagnete zu einem, beiden Ebenen gemeinsamen Permanentmagnetring zusammengefaßt werden, der dann den oben genannten Magnetisierungs-Bedingungen entsprechend aufmagnetisiert ist, beispielsweise einen U-förmigen Querschnitt hat und mit je einem seiner Schenkel den Spulenkern einer Ebene umfaßt. Der Abstand der beiden Spulenebenen in axialer Richtung ist nicht zwingend festgelegt, darf aber nicht zu klein werden, damit die Kraftausbeute der Spule nicht zu sehr geschwächt wird, d. h., damit der größte Teil des Magnetflusses durch den Rotor geht.

Für die Anordnung der Wicklungen ergeben sich verschiedene Möglichkeiten, die jeweils nach Bedarf eingesetzt werden können. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung.

Mit einem elektromagnetischen Stellglied der hier beschriebenen Art ist es möglich, in Verbindung mit den regelungstechnischen Einrichtungen insbesondere Gas-Ultrazentrifugen zu lagern, wobei sowohl eine Fesselung als auch eine Dämpfung der körpereigenen Schwingungen und Ausregelung aller Störungen des mit sehr hoher Drehzahl umlaufenden und wie ein Kreisei wirkenden Rotors erreicht wird. Die Erfindung ist unabhängig von der Art der Längslagerung des Rotors und

z. B. bei magnetischer Aufhängung des Rotors ebenso wie bei einer mechanischen Lagerung mittels eines am unteren Rotorende angeordneten Stiftes einsetzbar.

An Hand der Zeichnungen sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht des ringförmigen Stellgliedes in Richtung der Rotordrehachse gesehen,

Fig.2 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie H-II in Fig. 1,

F i g. 3 eine weitere Ausgestaltung der F i g. 2,

Fig.4 eine perspektivische Teilansicht für den geschlossenen Verlauf einer magnetischen Feldlinie und

F i g. 5 ein schematisches Beispiel für die Bewicklung und Verschaltung der Plingkerne.

Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der magnetische Kräfte für die Lagerung eines Rotors in Richtung der beiden Querachsen χ und γ auf den Rotor eingeleitet werden sollen. Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß es selbstverständlich im Bereich des fachmännischen Könnens liegt, an Stelle der hier dargestellten, sich rechtwinkelig kreuzenden beiden Querachsen auch eine andere Anzahl von Achsen und mit anderer Winkellage vorzusehen. Mit 1 ist der Mantel des Rotors bezeichnet, der von dem elektromagnetischen Stellglied ringförmig umschlossen wird. Der Mantel besteht zumindest im Bereich des elektromagnetischen Stellgliedes aus ferromagnetische!!! Material. Es ist auch denkbar, die Krafteinleitung nicht auf den Rotormantel 1 selbst vorzunehmen, sondern hierfür

z. B. besondere, auf den Rotor aufgesetzte, kragenförmige Teile aus ferromagnetischem Material vorzusehen. Das Prinzip der Anordnung und die Wirkungsweise der Erfindung soll nachstehend allein für die mit y bezeichnete Querachse dargelegt werden. Die Anordnung für die zweite, mit χ bezeichnete Achse ist analog aufgebaut und der Übersichtlichkeit halber hier nicht besonders dargestellt. Als erster wesentlicher Teil für das elektromagnetische Stellglied ist ein ringförmiger Permanentmagnetring 2 vorgesehen, der in dieser Darstellung radial gesehen außen liegend angeordnet ist. Dieser Permanentmagnet 2 ist — wie durch eine Anzahl kleiner Pfeile angedeutet ist — in radialer Richtung magnetisiert. Konzentrisch zwischen Permanentmagnet 2 und Rotormantel 1 ist als zweiter wesentlicher Teil ein ringförmiger, ferromagnetischer Kern 3 angeordnet. Vorteilhafterweise ist der ferromagnetische Kern geblecht. Dabei kann es herstellungsmäßig sehr einfach sein, ihn aus einem langen Blechstreifen zu einem Bandringkern aufzuwickeln,

Im vorliegenden Beispiel sind zwei 90° -Segmente, die auf dem Kern 3 symmetrisch zur/-Achse liegen, bewikkelt. Die Teilwicklungen sind schraffieit dargestellt und mit 4a u.:d 4£> bezeichnet. Hierbei ergibt sich fertigungstechnisch der große Vorteil, daß die Wicklungen mit bekannten Ringwickelmaschinen sehr einfach aufgebracht werden können. Die Enden A und B bzw. C und D der Teilwicklungen 4a und 4b sind so verschaltet, daß die bei Stromdurchgang im geschlossenen Eisenrini,'-

kern 3 hervorgerufenen magnetischen Flüsse bezüglich der Querachse y einander gleichgerichtet sind. Diese Flüsse sind durch Pfeile 5a und 5b angedeutet. Im Ring 3 allerdings sind die beiden Flüsse 5a und 5b einander entgegengesetzt gerichtet. Sie sind daher gezwungen, aus dem Ring auszutreten; dabei gehen sie auf dem Rotor 1 über. Dies ist ebenfalls durch Pfeile angedeutet. Durch das Zusammenwirken des radial gerichteten Magnetfeldes des Permanentmagneten 2 mit den austretenden Flüssen 5a und 5b des Eisenkernes 3 ergibt sich in den angedeuteten Bereichen Yl und Y2 des Kernes eine Überlagerung der magnetischen Felder, wobei gemäß der Zeichnung im Bereich Yi eine Addition, im Bereich V2 dagegen eine Subtraktion erfolgt. Somit ist eine eindeutige Kraftwirkung in Richtung der y-Achse erzielt, die gemäß Fig. 1 im Bereich Yi den Rotor 1 nach außen zieht. Um magnetische Kräfte auch in Richtung der x-Achse auf den Rotor einleiten zu können, muß in analoger Weise ein weiteres Wicklungspaar angeordnet werden. Die Teilwicklungen dieses Paares sind der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Sie würden in den Bereichen Vl und Y2 auf dem Kern 3 angeordnet sein.

Wenn die vorbeschriebene Einrichtung sich nur auf die in F i g. 1 gezeichnete eine Ebene beschränken würde, so könnte sie zwar in der vorgesehenen Weise arbeiten, jedoch würde ihr der außerordentlich große Nachteil anhaften, daß der magnetische Kreis sich auf langem Weg über die dünne Rotorwandung 1 zwischen den Bereichen Yi und Yl schließen müßte. Eine Ringspule, die sich wie oben geschrieben, auf eine Ebene beschränkt, hätte zudem den Nachteil, daß im Betrieb, wenn infolge der Abweichung des Rotors aus seiner Soll-Lage das Stellglied ausgesteuert wird, laufend eine Ummagnetisierung des Rotormaterials erfolgen würde, was regelungstechnisch sehr ungünstig ist.

Um die zuletzt genannten Nachteile zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung in einem gewissen Abstand zur ersten genannten Ebene eine zweite Ebene vorgesehen, die in ihrem Aufbau der zuerst beschriebenen Ebene gleicht, bei der jedoch der permanentmagnetische Ring radial in umgekehrter Polarität aufmagnetisiert ist. Die zu einer Achsrichtung gehörigen beiden Teilwicklungen in den beiden Spulenebenen sind derartig verschaltet, daß sich der magnetische Kreis jeweils über die kurzen Strecken des Rotors schließt und der Fluß den Rotor nunmehr in axialer und nicht mehr in Umfangsrichtung durchläuft. Diese Tatsache ist insbesondere bei der Anwendung für Gas-Ultrazentrifugen von Bedeutung, da das Rotormaterial bei hohen Drehzahlen magnetisch anisotropes Verhalten zeigt und in axialer Richtung den geringeren magnetischen Widerstand aufweist. Die Anordnung der beiden Ebenen ist aus der F i g. 2 ersichtlich. Die Fig.2 stellt einen Schnitt etwa entlang der Schnittlinie Π-Π in Fi g. 1 dar. Da der Übersichtlichkeit halber in F i g. 1 in diesem Teil des Kernes 3 keine Wicklung eingezeichnet ist, soll auch hier in F i g. 2 die Wicklung nicht dargestellt werden. Die oben ausführlich beschriebene erste Ebene ist in der F i g. 2 mit E bezeichnet die benachbarte Ebene mit £'. Dem entsprechend sind auch die Bezugszeichen 2 für den Permanentmagneten und 3 für den Bandringkern in der zweiten Ebene E' mit den gleichen Bezugszeichen versehen, aber durch einen hinzugefügten — ' — gekennzeichnet Mit 1 ist wieder der Rotormantel bezeichnet Die Bauteile der Ebenen E und E' sind durch einen Distanzring 6 aus unmagnetischem, möglichst elektrisch nicht leitendem Material, z. B. Kunststoff oder Keramik, voneinander getrennt. Wie in den Permanentmagneten 2 und 2' durch Pfeile angedeutet ist, sind diese Magnete in den beiden Ebenen fund fin entgegengesetzten Richtungen radial magnetisiert.

Der grundsätzliche Verlauf der magnetischen !Feldlinien ist wieder mit 56 angedeutet und ist wie folgt: Gemäß der oben an Hand der Fig. 1 dargelegten Bedingungen treten in der ersten Ebene E die magnetischen Feldlinien 5b aus dem Bandringkern 3 aus und

ίο gehen in die Rotorwand 1 über. Innerhalb der Rotorwand verlaufen sie in Richtung der Drehachse und treten in Höhe der zweiten Ebene £' aus der Rotorwand 1 wieder aus und in den Bandringkern 3' ein. Die Richtung der Feldlinien in den Kernen 3 bzw. 3' ist in bekannter Weise durch einen Kreis mit Punkt bzw. einen Kreis mit Kreuz gekennzeichnet. Hieraus ist auch zu erkennen, daß durch die Verschaltung der einander zugeordneten Teilwicklungen in den Kernen 3 bzw. 3' der beiden Ebenen £bzw. E' magnetische Flüsse von entgegengesetztem Richtungssinn hervorgerufen werden. Bei dieser Ausführungsform ist zu beachten, daß die Abmessungen des Distanzringes 6 — wie oben schon angedeutet — so groß gewählt sind, daß die austretenden Feldlinien vorwiegend in die Rotorwandung 1 übergehen.

Der prinzipielle Verlauf einer beliebigen Feldlinie ist aus der F i g. 4 ersichtlich. Diese Figur zeigt etwa einen halben Rotorumfang in perspektivischer Darstellung. Hier in F i g. 4 sind die den Kern 3 bzw. 3' umschließenden Wicklungen ganz allgemein mit W bezeichnet. Der im Schnitt dargestellte Teil des elektromagnetischen Stellgliedes entspricht etwa dem in Fig. 1 rechts der y-Achse liegenden Teil. In Fig.4 entspricht also der links dargestellte Teil etwa dem Bereich Yi der Fig. 1 und der rechts dargestellte Teil etwa dem Bereich Y2.

Die Feldlinie 5b tritt im Bereich Y1 in der Ebene £aus dem Kern 3 aus und geht in die Rolorwand 1 über. Dann verläuft sie eine kurze Strecke in axialer Richtung im Rotormantel 1 zur Ebene E'. wo sie wieder aus dem Rotormantel austritt und in den Kern 3' übergeht. Der weitere Verlauf der Feldünie ist zunächst — wie gestrichelt angedeutet — innerhalb des Kernes 3' bis in den Bereich Y2, wo sie wieder in den Rotormantel 1 übertritt. Die Feldlinie 5£> verläuft darin wieder in axialer Richtung zurück bis zur Ebene £, wo sie wieder aus dem Rotormantel austritt und in den Kern 3 übergeht, in dem sie dann wieder in den Bereich Vl zurückkehrt. Der Verlauf der Feldlinie ist damit geschlossen. Wie ersichtlich, sind hier für eine geschlossene Feldünie vier Luftspalte, und zwar je zwei Luftspalte in den Ebenen £und £' zu überbrücken. Der Rotor 1 wird zweimal auf kurzem Weg in axialer Richtung durchflutet.

Wie in den F i g. 1 und 2 gezeigt wurde, liegen Permanentmagnet 2 und Bandringkern 3 konzentrisch ineinander, und zwar befindet sich der Kern 3 innerhalb des Permanentmagneten 2. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Permanentmagnetring 2 nach innen zu nehmen, falls es erforderlich erscheint

Wie die F i g. 3 zeigt ist es gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung möglich, statt zweier getrennter Permanentmagnetringe 2 und 2' in den beiden Ebenen E und £' einen gemeinsamen Permanentmagnetring 7 zu verwenden. Dieser Permanentmagnetring 7 weist dann vorzugsweise einen U-förmigen Querschnitt auf. Die Magnetisierung dieses Ringes erfolgt dann nach der in der F i g. 3 durch Pfeile angedeuteten Weise. Am sonstigen Aufbau und der Wirkungsweise der Spule ändert sich dadurch nichts.
Wie oben schon dargelegt wurde der Aufbau bisher

nur für eine Achsenrichtung beschrieben und erklart, für die zweite Achsenrichtung ist der Aufbau in den entsprechenden Sektoren der Ringkerne analog. Selbstverständlich ist es ohne weiteres möglich, an Stelle der 90°-Teilung bei der Achsenlage eine andere Winkelteilung der Achsen vorzusehen, z. B. eine 60°-Teilung für drei Achsen. Am prinzipiellen Aufbau des gesamten elektromagnetischen Stellgliedes ändert sich dabei nichts. Wesentlich ist stets, daß die Wicklungen symmetrisch zu ihrer zugeordneten Achse angeordnet sein müssen.

Ein Wicklungsbeispiel für 90°-Teilung der Achsen χ und y ist in der Fi g. 5 schematisch dargestellt. Hierbei sind unter Weglassung der übrigen Bauteile nur die beiden Ringkerne 3 und 3' und die Wicklungen gezeigt. Ferner sind jeweils nur die ersten bzw. letzten Windungen an den beiden Enden der Teilwicklungen eingezeichnet. Die der y-Achse zugeordneten Teilwicklungen (sie sind für die in Fig. 1 dargestellte Ebene £ mit 4a und Ab bezeichnet) sind mit ausgezogenen Linien, die der x-Achse zugeordneten Teilwicklungen mit punktierten Linien dargestellt. Der Wicklungssinn aller Teilwicklungen ist im hier dargestellten Beispiel entgegen dem Uhrzeigersinn. Dadurch sind die Wicklungen in einfacher Weise mittels Ringwickelmaschinen herstellbar. Im gezeigten Beispiel sind alle zu einer Achse gehörigen Teilwicklungen in Reihe geschaltet. Als Beispiel sei die Verschaltung derjenigen Teilwicklungen angeführt, die der y- Achse zugeordnet sind, d. h. der Teilwicklungen 4a und Ab. Die erste Teilwicklung Aa für den Kern 3 beginnt bei A und endet bei B. Sodann folgt, beginnend bei Cdie Teilwicklung Ab, dh bei D endet. Hieran schließen sich die beiden Teilwicklungen des Kernes 3' an, die von D' über Cund B'nach ,4'führen. Die bei Stromdurchgang durch die Wicklungen 4a und Ab in den Kernen 3 und 3' hervorgerufenen magnetischen Flüsse sind durch Pfeile angedeutet und entsprechend F i g. 1 im Kern 3 mit 5a und 56 bzw. im Kern 3' mit 5a' und 5b' bezeichnet.

Die in den verschiedenen Figuren dargestellten 90°-Teilungen für die Teilwicklungen sind für die Funktionsweise nicht zwingend. Die benachbarten Teilwicklungen, z. B. die bei A beginnende Teilwicklung 4a für die j'-Achse und die benachbarte, punktiert eingezeichnete Teilwicklung für die x-Achse können sich erforderlichenfalls überlappen oder auch Lücken zwischen sich aufweisen. Ebenso können die Teilwicklungen ein- oder mehrlagig ausgeführt sein. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Windungen jeweils auf die Enden der Teilwicklungen konzentriert, wobei beispielsweise der Kern 3 für die Teilwicklung 4a bei A und B sehr dicht bewickelt ist und dazwischen einen weniger dicht oder gar nicht bewickelten Abschnitt aufweist.

Die in der F i g. 5 dargestellte Verschaltung der Teilwicklung bedingt zur Erzeugung von magnetischer Kraft in positiver und negativer Achsenrichtung einen Wechselstromendverstärker. Wenn Gleichstromendverstärker zum Einsatz kommen sollen, so sind je Teilwicklung entweder zwei gleichsinnig gewickelte getrennte und ineinanderliegende Teile notwendig, die zur Erzeugung der beiden verschiedenen Kraftrichtungen je Achse jeweils entgegengesetzt vom Strom durchflossen werden müssen, oder bei entgegengesetztem Wicklungssinn beider Teile gleichbleibenden Stromfluß erlauben.

Abschließend soll noch einmal darauf hingewiesen werden, daß in der vorangehenden Beschreibung stets nur die Verhältnisse für eine Querachsenrichtung aufgezeigt wurden. Die Einrichtungen für die übrigen Querachsen sind — wie bereits erwähnt — analog aufgebaut. Sämtliche von den verschiedenen Teilwicklungen hervorgerufenen Kraftwirkungen überlagern sich, so daß durch entsprechende Beeinflussung der einzelnen Teilwicklungen jede gewünschte Kraft nach Betrag und Richtung auf den Rotor aufgebracht werden kann.

Mit einem elektromagnetischen Stellglied der hier beschriebenen Art ist es möglich, in Verbindung mit den regelungstechnischen Einrichtungen insbesondere Gas-Ultrazentrifugen zu lagern, wobei sowohl eine Fesselung als auch eine Dämpfung der körpereigenen Schwingungen und Ausregelung aller Störungen des mit sehr hoher Drehzahl umlaufenden und wie ein Kreisel wirkenden Rotors erreicht wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetisches Stellglied für die berührungslose magnetische Querlagerung eines aus ferromagnetischem Material bestehenden oder mit ferromagnetischen Teilen versehenen Rotors mit im wesentlichen vertikaler Drehachse, wobei das Stellglied den Rotor oder Teile des Rotors ringförmig umfaßt und in Richtung vorgegebener Querachsen magnetische Kräfte auf den Rotor ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß