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Radiales aktives magnetisches Lager mit Drehantrieb.
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Die 4 Erfindungbezieht sich auf ein radiales aktives magnetisches
Lager mit Drehantrieb, bestehend aus der Kombination ein oder mehrerer Ständer und
einem Rotor mit einem von Sensoren überwachten Luftspalt, wobei Jeweils dem von
der Ständerwicklung durch Speisung mit Drehstrom erzeugten Antriebsdrehfeld ein
Steuerfeld überlagert ist.
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Es ist bereits.bekannt geworden, durch besondere Anordnungen Rotationskörper
elektromagnetisch zu lagern (DAS 1 750 602) und elektro otorisch in Umdrehungen
zu versetzen.
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Es wurde ferner bereits vorgeschlagen (Patentanmeldung P 23 58 527.5),die
Anordnungen für die Lagerung und den Antrieb eines Rotationskörpers zu kombinieren,
um so zu wirtschaftlichen Ausführungsformen zu kommen.
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So erläutert die vorgenannte Patentanmeldung ein magnetisches Lager
in Kombination mit dem Drehfeld überlagerten, unipolaren Steuerfeldern, wie sie
durch konzentrische Steuerspulen oder- durch Steuerströme bewirkt werden, die zwischen
dem Motorwicklungssternpllnkt und dem des Speisenetzes eingespeist werden. Es werden
Schaltungen beschrieben, die unipolare zwei- oder vierpolige Steuerwechselfelder
erzeugen und dem Drehfeld der Antriebswicklungen überlagern.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Ausführungsformen
durch Verringerung des Aufwandes wirtschaftlicher zu gestalten.
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Eine Erfindung wird demzufolge bei einer eingangs beschriebenen Anordnung
darin gesehen, dass einem n-polpaarigen Antriepsdrehfeld ein n + l-polpaariges über
die Sensoren goduliertes Steuerdrehfeld überlagert ist.
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Es werden also die Steuerspulen bzw. die Sternpunktbeschaltung mit
Steuerstrom so ausgelegt, dass bei einem zweipoligen AntriebsdreEfeld ein gleichsinnig
Umlauf endes vierpoliges Steuerdrehfeld und bei einem vierpoligen Antriebsdrehfeld
ein zweipoliges Steuerdrehfeld überlagert ist, das bei konstanten Messwerten der
den Luftspalt überwachenden Sensoren mit gleicher Frequenz gespeist wird wie das
Antriebsdrehfeld und daher mit halber Frequenz umläuft wie dieses, sofern es vierpolig
ist, bzw. mit doppelter Frequenz wenn es zweipolig, das Antriebsdrehield dagegen
vierpolig ist.
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Die Phasenlage des Steuerdrehfeldes bezogen auf die des Antriebsdrehfeldes
wird in Abhängigkeit von den den Luftspalt überwachenden Sensoren so gesteuert,
dass in der Richtung, in der eine Lagerstellkraft erzeugt werden muss, um die von
den Sensoren gemessene Exzentrizität zu miuzieren, Steuerfeld und Antriebsfeld gleichzeitig
Scheitelwerte gleichen Vorzeichens der Luftspaltinduktion durchlaufen.
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Der besondere Vorteil dieser speziellen Ausgestaltung des Steuerfeldes
besteht darin, dass die Stellkraft auf; den Läufer,die in Richtung auf diesen Umfangspunkt
entsteht, konstant ist, so dass es keiner 'landemanordnung mix zwei Drehfeldsystemen
mehr bedarf, um die erzeugte Stellkraft von evtl.
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unerwünschten Vibrationen dieser Modulationsfrequenz zu befreien.
Auch quer zu der Richtung der erzeugten Stellkraft entstehen bei der neuen erfindungsgemässen
Ausführung keine ungewollten Vibrations- oder sonstige Störkräfte.
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Die Durchführung dieses Erfindungsgedankens ist sowohl mit getrennten
Drehfeldwicklungen für Antriebs- und Steuerfeld möglich als auch unter Benutzung
einer einzigen Drehfeldwicklung für Antriebs- und Steuerfeld. Es wird jedoch eine
Ausführung mit getrennten Wicklungen vorzuziehensein, da es für die Vibrationsfreiheit
der erzeugten Stellkraft wichtig ist, dass Steuerfeld und Antriebsfuldräumlich und
zeitlich sinusförmig verteilt sind, was bei gemeinsamer Wicklung stets nur für eines
der beiden Drehfelder ausführbar ist. Beide Ausführungafqrmenwerden im folgenden
beschrieben.
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Getrennte Wicklungen für Antriebs- und Steuerdrehfeld haben noch den
weiteren Vorteil, dass einem weiteren Erfindungsgedanken entsprechend beide Wicklungen
durch einen "Anlasschalter" miteinander vertauscht werden können. Aus dem Stillstand
heraus wird dann das vierpolige Drehfeldsystem als Antriebs- und das zweipolige
als Steuerdrehfeldsystem geschaltet.
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Nach dem Hochlauf auf nahezu halbe Nenndrehzahl werden beide Drehfeldsysteme
miteinander vertauscht, so dass der weitere Hochlauf auf Nenndrehzahlvmit zweipoligem
Antriebs- und vierpoligem Steuerdrehfeld erfolgt. Die Hochlauf-Verlustwärme ist
dann nur 1/4 derjenigen, die im Läufer freigesetzt wird, wenn man aus dem Stillstand
heraus mit dem zweipoligen Antriebsdrehfeld hochfährt.
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Einem weiteren Erfindungsgedanken entsprechendwird die Hilfsspannung
für das Steuerdrehfeld mischt vom speisen spannungsnetz sondern z.B. über StrOmWaAF1er
VOM Speise strom des Antriebsdrehfeldes entnommene Auf diese Weise wird die richtige
Zuordnung der Dxehfeldphasen von Steuer-und Antriebsfeld gewährleistet, die sonst
lastabhängig wird, weil der Leistungsfaktor verschiedener Drehfeldmotortypen lastabhängig
ist.
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Weiterhin wird als Trägerfrequenz der Sensoren dis Speisefrequenz
des Antriebsdrehfeldes und insbesondere in der über die genannten Stromwandler gewonnenen
Phasenlage verwendet.
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Der besondere Vorteil, der durch diese Massnahme erreicht wird, besteht
darin, dass die Sensoren selbst als Multiplikatoren von Hilfsfrequenz und Luftspaltmesswert
dienen, so dass die sonst bei induktiven Wegmessern erforderlichen TrägerRequenzgeneratoren,
phasenabhängigen Demo<iulatoren (Lock-in Schaltung) und Glättungsglieder zum
Wiederausscheiden der Trägerfrequenz sowie die Multiplikationsschaltung mit der
Speisefrequenz entfallen. Ebenfalls entfällt dadurch die Notwendigkeit, dass die
Trägerfrequenz soviel grösser als die maximale Messfrequenz sein muss, dass die
Siebmittel für die Trägerfrequenz ausreichend und für die Messfrequenz phasenrein
genug bleiben. Die erfindungsgemässe Schaltung ist für Messfrequenzen der Exzentrizität
brauchbar, die von Null bis weit über die Trägerfrequenz (Speisefrequenz) reicht.
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Einem weiteren Erfindungsgedanken entsprechend werden R-C-Phasenschieberschaltungen
zwischen die Sekundärseiten der Sensoren
und die Eingänge der die
Steuer^-reme liefernden Verstärker geschaltet, um die Winkellage zwischen der von
den Sensoren gemessenen Richtung der Exzentrizität und der ausgelösten Kraftrichtung
zu justieren. Je nach zu berücksichtigenden Kreiselkräftenund der von ihnen ausgelösten
Prnzessionmuss dieser Winkel gegebenenfalls von Null verschieden sein.
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Zum Zwecke der Dämpfung von Regelkreis schwingungen der magnetischen
Lagerung ist es bekannt, den Verstärkern nicht nur die Sensorenspannung sondern
auch deren zeitliche Ableitung zuzuführen, die durch C - R Schaltungen oder durch
R-L Schaltungen erzeugt werden kann. Das ist Jedoch nur vor der Multiplikation der
Sensorenspannung mit der Hilfsspannung von Speisefrequenz möglich, nicht Jedoch,
wenn erfindungsgemäss vom Sensor die bereits mit dieser Hilfsfrequenz (Speisefrequenz)
multiplizierte MeUspannung geliefert wird.
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Einem weiteren Brfindungsgedanken entsprechend wird die Dämpfung von
Regelkreisschwingungen, also auch von Lagerschwingungen, dadurch bewirkt, dass zwischen
Sensorenausgang und Verstärkereingang schwach gedämpfte Resonanzkreise geschals
tet werden, deren Resonanzfrequenz auf die Speisefrequenz oder einen dicht daneben
liegenden Wert abgestimmt wird. Hierfür kommen sowohl Reihen- wie Parallelresonanzkreise
in Frage.
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Besonders vorteilhaft ist eine Schaltung, bei der an den Ausgang der
Sensoren ein«Reihenresonanzkreis geschaltet wird, bestehend aus einem ohmschen Widerstand
R mit einem Abgriff als der einen Ausgangsklemme, einer Kapazität C und einer Induktivität
L, die ebenfalls einen Abgriff an einer Teilwindungszahl aufweist. Dieser Abgriff
wird mit dem Sensorausgang verbunden, wahrend das Wicklungsende der Induktivität
als
zweite Ausgangsklemme des Dämpfungsresonanzkreises dient.
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In dieser Anordnung wird mit dem Widerstandsabgriff das Verhältnis
von Proportional- und Differentialanteil der Steuerspannung gestellt und mit dem
Induktivltätsabgriff die im Schwingkreis mit wirksame Selbstinduktivität der Sensorenwicklungen
kompensiert, so dass die Ausgangsspannung auch während der die Dämpfung bewirkenden
Ausgleichvorgänge des Resonanzkreises phasengleich mit dem eingeschwungenen Zustand
bleibt. Das kann wichtig werden um zu vermeiden, dass die Schwingungsdämpfung in
einer Richtung nicht eine zusätzliche Entdämpfung in der dazu senkrechten Tastrichtung
bewirkt.
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Auch die geringe Abweichung der Resonanzfrequenz
dieser Dämpfungsschaltung von der Speisefrequenz We dient dazu, einen "phasenreinen"
Einschwingvorgang zu erzwingen, derart, dass wird:
Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbei spiel der Erfindung
.Beschrieben.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Erfindung gedankens
bei Verwendung getrennter Antriebs- und Steuerdrehfeldwicklungen.
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Fig. 1 zeigt die Schaltung, Fig. 2 die räumliche Anordnung, und zwar
Fig. 2a die der Antriebswicklung, Fig. 2b die der Sensoren und Fig. 2c die der Steuerwicklung.
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Die in Stern geschaltete Antriebsdrehfeldwicklung 1 (Fig. 1 und 2a)
wird vom Speisenetz R S T über StromPandler St (Fig. 1)
gespeist.
Als Bürde des Stromwandlers der R Phase sind die Erregerwicklungen 2 und 3 der Sensoren
14 und 15 (Fig. 2b), die an den einander gegenüberliegenden Stellen des Luftspaltes
liegen, an denen die R Phase maximale Luftspaltinduktion erzeugt, in Reihe geschaltet.
Entsprechend sind die Erregerwicklungen 6 und 7 der Sensoren 16 und 17 der Phase
S und die Wicklungen 10 und 11 der Sensoren 18 und 19 der Phase T zugeordnet. Die
Sekundärwicklungen 4 und 5 der Sensoren 14 und 15 für Phase R, 8 und 9 für S und
12 und 13 für T sind relativ zu den primärseitigen Strömen gegeneinander in Reihe
geschaltet, ergeben daher bei Exzentrizität des Läufers eine dieser nahezu proportionale
Differenzspannung, die gegen den entsprechenden Phasenstrom qOO phasenverschoeben
ist.
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Des weiteren sind auf jedem Einzelsensor noch je eine weitere Sekundärwicklung
von 1/3 der Windungszahl der genannten Sekundärwicklungen 4, , 8, 9 usw. angebracht,
die einheitlich mit k bezeichnet sind untvon allen 6 Sensoren in Reihe geschaltet
sind. Das eine Ende dieser Reihenschaltung ist der gemeinsame Ausgang a für alle
drei Sensorenrichtungen, das andere Ende ist mit den zu einem Sternpunkt s verbundenen
Reihenschaltungen der Sckundärwicklungen 4 und 5; 8 und 9; sowie 12 und 13 verbunden,
deren freies Wicklungsende die drei Ausgänge aR;asund afür Steuerspannungen für
das Steuerdrehfeld sind. Die einzelne Steuerspannung setzt sich demnach zusammen
aus der Differenz der Sekundärspannung zweier einander gegenüberliegender Einzelsensoren
abzüglich von einem
Drittel der Summe der Sensordifferenzspannungen
in allen drei l'astrichtungen. Durch diese einem weiteren Erfindungsgedanken entsprechende
Schaltung ergänzen sich die drei Steuerspannungen in der nachgeschalteten Steuerdrehfeldwicklung
zu einem vierpoligen reinen SteuerdrehMeld mit gleichem Drehsinn wie das Antriebsdrehfeld,
dessen Amplitude dem Betrag der Exzentrizität proportional ist und dessen mit dem
Antriebsdrehfeld vorzeichengleiche Luftspaltscheitelinduktion an der Umfangsstelle
liegt, an der eine Yugstellkraft auf den Läufer ausgeübt werden muss, um diesen
wieder zu zentrieren. Ohne den Abzug von einem Drittel der Summe der Differenzspannungen
in den drei Tastrichtungen würde eine zusätzliche unipolare Steuerfeldkomponente
entstehen, so dass die Stellkraft störmoduliert wäre , also mit Störvibrationen
verbunden, die zu kritischen Läuferschwingungen führen können.
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Statt der Kompensation solcher Störkräfte mit der Reihenschaltung
der Spulen k in Fig. 1 kann man sie auch unterdrücken durch offenen Sternplluktnan
der Steuerdrehfeldwicklung2.lqa geht aber nur, wenn die Verstärker spannungssteuernd
sind.
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Vorteilhafter sind jedoch stromsteuernde Verstärker, wenn die Sensoren
vom Antriebsstrom erregt werden.
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Die Steuerspannung z.B. der niase R wird auf den Reihenresonanzkreis
30 (Fig. 1) geschaltet, wobei der Ausgang dieses der Dämpfung dienenden Vierpols
am Abgriff von dem Widerstand r und am freien Ende der Induktivität L angeschlossen
ist. An den Dämpfungsvierpol 30 ist der i>hasenjustier-Vierpol 20 angeschlossen,
der als Brückenschaltung aufgebaut ist und aus zwei kapazitiven und zwei vorzugsweise
gemeinsam mit vier
weiteren Widerständen der entsprechenden Vierpole
21 und 22 der Phasen S, und Xverstallbaren Widerständen r2 besteht. Die Ausgänge
d Phasenjustier Vierpole sind mit den drei Verstärkern 23,! 24 und 25 verbunden,
die als eingangsseitig potential freie Differenzverstärker ausgeführt sind und ausgangsseitig
die Steuerdrehfeldwicklung 26 speisen, deren räumliche Wicklungsanordnung in Fig.
2c dargestellt ist.
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Jede der drei Phasen R5, Ss und T5 enthält vier in Reihe geschaltete
um je 900 gegeneinander versetzte Wicklungen.
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Der gemeinsame Sternpunkt °8 ist mit dem gemeinsamen Nullausgang der
drei Verstärker verbunden. Die 90°Phasendrehung der Sensoren wird durch die der
Phasenjustiervierpole bei Mittelstellung kompensiert, so dass in dieser Mittelstellung
der Steuerstrom z.B. in Phase R5 phasengleich mit dem Antriebsstrom in Phase R der
Drehstromwicklung1 fliesst und daher in dem Zeitpunkt, in dem beide ihren Scheitelwert
durchlaufen, gleiches Vorzeichen der Luftspaltinduktionvor dem Sensor 14 (Fig. 2b)
erzeugen, ungleiches dagegen vor dem Sensor 15, wobei die Sensorspannung dieser
R Phase dadurch bedingt ist, dass der Luftspalt vor der Sensorspule 14 grösser als
der vor der Spule 15 ist. Das Summenfeld von Antriebs-und Steuerfeld ist somit auf
der Seite des grösseren Luftspaltes grösser als aur der Seite des kleineren. Somit
kommt eine Stellkraft zustande, die den Läufer in die zum Ständer konzentrische
Lage zurückzieht.
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Nicht alle zu diesem Beispiel buschriebenxnBauelemente sind immer
erforderlich. Bei Motoren geringer Leistung können die Wandler St (Fig. 1) entfallen,
wenn die Primärwicklungen
der Sensorspulen für den Motorstrom selbst
ausgelegt werden können. Die Dämpfungsvierpole 30, 31 und 32 können oft entfallen,
wenn Luft- oder sonstige Dämpfung ausreichend vorhanden ist. Auch die Phasenjustiervierpole
.20,21 und 22 können in bestimmtenFällen entfallen, insbesondere wenn bei Serienfertigung
die gewünschte Ehasenbeziehungfestliegt und bekannt ist, In diesem Falle entfällt
zwar die oben beschrieieneKompensation der 90°Phasendrehung von Sensor und k?hasnjustirvierpol,
diese kann aber dadurch ersetzt werden, dass die Sensoren nicht mehr mit dem Strom
derjenigenPhase erregt werden, die am Ort der Sensorspule den Polmittelpunkt hat,
sondern von einer anderen. Kleinere Phasendrehungen können auch durch einfache R-C
Schaltungen bewirkt werden.
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Die Einzelwicklungen für Antriebs- und Steuerfeld sind in Fig. 2a
und 2b nur der Übersichtlichkeit wegen nebeneinander dargestellt, in der Praxis
sind sie wie üblich als "gesehnte" Wicklungenmit teilweiser Überdeckung ausgeführt,
mit dcr eine noch bessere räumlich sinusförmige Verteilung der Luitspaltinduktion
erreicht wird als bei sonst üblichen Wicklungsarten. Eine derartige spezielle, gestufte
Wicklung hat nicht nur für Hysteresemotore wie beschrieben (P 19 66 707) ihre besonderen
Vorteile, sondern auch bei der vorliegenden Erfindung, weil nur bei Sinusverteilung
des Strombelages von Antriebs- und Steuerdrehfeld eine Störvibration der erzeugten
Stellkraft vollständig vermieden wird. Im übrigen bezieht sich
auch
der Erfindungsgegenstand bezüglich der Sensorerregung über Stromwandler vorzugsweise
aul Hysteresemotore, weil bei diesen die Stromaulnahme ihrem Betrage nach nahezu
lastunabhängig ist. Im Leerlauf nehmen diese Motore nahezu den gleichen Strom auf
wie bei Vollast und beim asynchronen Lauf; es ändert sich lediglich der Leistungsfaktor.
Die Sensorerregung über Stromwandler oder mit dem Motorstrom selbst ist daher bei
Hysteresemotoren von Vorteil, bei Induktionsmotoren sowie bei Reluktanz- oder sonstigen
Synchronmotoren kommt dagegen vorzugsweise die von der Speisespannung abgeleitete
Sensorerregung in Betracht. Die Erregung der Sensoren durch den Motorstrom ist auch
bei kleineren Motorleistungen vorteilhafter als bei grösseren, weil die Luftspaltinduktion
bei kleineren Motoren mit relativ grossem Luftspalt und relativ kleiner Läuferrückwirkung
im wesentlichen dem Primärstrom nach Betrag und Phase entspricht, bei grösseren
dagegen der Primärspannung.
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Die Wicklungen sind in Fig. 2a und 2c des weiteren als Jochwicklungen
und als unmittelbar im Luftspalt liegend dargestellt. Die Ausführung kann aber in
gleicher Weise für in Nuten verlegte Wicklungen sowohl in Form von Jochwicklungen
als auch in der sonst üblichen Form als Trommelwicklung mit Wickelköpfen ausgeführt
sein.
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Der Erfindungsgedanke kann auch mit Sensoren realisiert werden, die,
wie sonst üblich, eine weit über der maximalen Messfrequenz liegende Trägerfrequenz
verwenden, die nach der Demodulation wieder ausgesiebt wird. In diesem prall werden
besondere
Multiplikationsschaltungen benötigt (um erfindungsgemäss mit der Speisefrequenz
zu modulieren), die im Eingangs- oder Ausgangskreis der Verstärker angeordnet werden
können.
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Fig. 3 zeigt das Beispiel einer Motordrehfeldwicklung, die sowohl
der Erzeugung des Antriebsdrehfeldes als auch des Steuerdrehfeldes dient. Auch diese
Wicklung ist als Jochwicklung dargestellt, ohne aber auf eine solche beschränkt
zu sein. Die Wicklung ist als gestufte Wicklung in einem Ständer mit 24 Nuten ausgeführt.
Die Windungender einzelnen Nuten sind gemäss der Winkellage der Nut als Wicklungssymbol
dargestellt und von Nut zu Nut in Reihe geschaltet. Die den Speisephasen R, S und
T zugeordneten Wicklungen sind je auf konzentrischen Kreisen dargestellt. Zur Phase
R gehören z.B. die rechts und links auf dem äusseren Kreis dargestellten Nutwicklungenmit
von Nut zu Nut unterschiedlicher Windungszahl. Die Einspeisungspunkte sind mit R
1, R 2, R 3 und R 4 bezeichnet und werden von einem unsymmetrischen 12 Phasen-Speisenetz
gespeist, das transformatorisch aus dem Drehstromnetz R,S,T erzeugt wird.
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Das Potentialdiagrammdieses Transformators zeigt Fig. 4.
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Die Wicklungen der mittleren Nut Rm jeder der beiden Spulenseiten
der zur Phase R gehörenden Nutwicklungen (Fig. 3) ist hälftig unterB und überkreuzt
mit der anderen gegenüberliegenden Nutteilwicklung der gleichen Phase verbunden.
Entsprechendes gilt für die Phasen S und T. Es entsteht so ein
Wicklungszug
von R1 und R2 und ein zweiter von R3 nach R4, die an den mit gleicher Anschlussbezeichnungin
Fig. 4 bezeichneten Potentialpunktendes 12-Phasensystems angeschlossen sind. Wie
man leicht einsieht, haben die Uberkreuzverbindungen der Mitten der Mitt;elnutendann
das Sternpunktpotential 0 des 12-Phasensystems, und die Summenspannung aller Nutwiniungen
der linken und der rechten Spulenseite der Phase R sind trotzdem nach Amplitude
und Phase einander gleich. Für das Antriebsdrehfeld ist daher die Schaltung gleichwertig
mit einer solchen, bei der die beiden Spulenseiten jeder Phase parallel geschaltet
sind an einer Speisespannung von einem Betrage wie zwischen Rl und R 4 bzw. zwischen
R2 und R 3 nach Fig. 4. Die eingeprägte Potentialdifferenz zwischen R1 und R3 bzw.
zwischen R2 und R4 ist mit Rücksicht auf die von den beiden anderen Phasen S und
T in den Teilwicklungen von Phase R induzierten Spannungen so zu wählen, dass die
erkreuzverbindungen diese induzierten Spannungen nicht kurzschliessen. Entsprechendes
gilt für die beiden anderen Phasenwicklungen.
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Von den 6 Uberkreuzverbindungen werden die drei mit Rs, Ss und T5
bezeichneten mit den Steuerspannungsanschlüssen der drei Verstärker 23, 24 und 25
nach Fig. 1 verbunden. Der gemeinsame Nulleiter 0 der Verstärkerausgänge wird mit
dem Sternpunkt 0 des 12-Phasensystems (Fig. 4) verbunden. Steuerschaltungsseitig
sind dann die Windungen einander gegenüberliegender Nuten parallel geschaltet, während
sie antriebsseitig in Reihe liegen. Daher ergibt sich bei zweipoligem
Antriebsdrehfeld
ein vierpoliges Steuerdrehfeld und bei vierpoligem Antriebsdrehfeld ein zweipoliges
Steuerdrehfeld, wie es dem Erfindungsgedanken entspricht. Die zur Auslegung des
unsymmetrischen 12-Phasensystems erforderliche Kenntnis der zur Kompensation dienenden
Spannungskomponente zwischen Rl und R3 bzw. R2 und R4 usw. kann rechnerisch ermittelt
werden oder experimentell dadurch, dass zunächst die normale Schaltung mit Parallel
schaltung beider Spulenseiten jeder Einzelphase hergestellt wird und die Spannung
zwischen den Mittelpunkten Rm der Wicklungen beider Setzten einer Phase gemessen
wird. Das ist dann auch die Teilspannung, die im Potentialfeld des 12-Phasensystems
zwischen R1und R 3 bzw. R2 und R4 usw. hergestellt werden muss.
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Der Erfindungsgedanke ist nicht auch auf zweiphasige Drehfeldsysteme
ohne weiteres übertragbar. Ein Steuerdrehfeld kann in der beschriebenen Schaltung
nur durch drei Sensorrichtungen mit drei unterschiedlichen Erregerphasen erzeugt
werden. Bei nur zwei 'rastrichtungen muss Sede für sich bereits ein Steuerdrehfeld
bewirken.-Es müsste also jede Tastrichtung mit zwei Sensorenpaaren unterschiedlicher
Erregerphase ausgerüstet werden, so dass der Gesamtaufwand an Sensoren bzw. Muitiplikatoren
nicht kleiner sondern grösser wird als bei dem beschriebenen Dreiphasensystem.
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Die Erfindungbeinhaltet insoweit die magnetische Querlagerung und
den Antrieb in nur einer Lagerebene. Für' die achsiale passive magnetische Lagerung
kann das Luftspaltfeld, wie auch sonst im Maschinenbau üblich, herangezogen werden,
indem die achsialen Längen von Läufer und Ständereisen nahezu
übereinstimmen
und sich symmetrisch zueinander auszurichten suchen. Ein länglicher Läufer kann
auf diese Weise magnetisch freischwebend nur durch zwei solche erfindungsgemässe
Motorlager gehalten werden, weil er sonst durch Kippung der Drehachse zur Ständer-Symmetrieachse
ausser Kontrolle kommt.
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Einem weiteren Erfindungsgedanken entsprechend wird ein magnetisch
freischwebend mit nur einem Motorlager vershener Läufer dadurch ermöglicht, dass
das V¢rhältilis von bäufUrdurchmesser D zu Lauferlange 1 so gross gemacht wird,
dass dit passive magnetlsche Achsiallagerung bzw. die durch Achsialstellkraft am
Umfang, die durch seitlicheVersetzung von Ständer und Läufer entstehen, den Läufer
auch gegen Kippung passiv lagern. Das erforderliche D/l-Verhältnis ist noch stark
von der Luftspaltweite d abhängig. Erfindungs-gemäss soll (1/2)2 t d (d + D) gemacht
werden, oder aber die halbe Läuferlänge kleiner als das geometrische Mittel von
mittlerem Luft spalt zylinder-Durchmesserd + D und Luftspaltweited, wodurch sicher
gestellt wird, dass der Läufer im Ständer in jeder Richtung rrei drehbar ist. seinem
weiteren Erflndungsgedankend entsprxchend kann die Läuferpolfläche ballig und evtl.
die Ständer-Polfläche ballig oder sattelförmig gestaltet werden, so dass dann auch
bei kleinerem D/l-Verhältnis, als durch vorstehende Formel bedingt, der Läufer im
Ständer frei schwenkbar gemacht wird.
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Diese Angabe bezieht sich auf Innenläufer und Aussenständer.
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Im Falle von Aussenläufer und Innenständer wird der Ständer mit balligen
Polflächen und der Läufer mit sattelförmiger
Polflächenkrümmung
vorzugsweise ausgeführt um ine guts passive magnetische Lagerung in achsialer Richtung
und gegen Kippung zu erreichen.
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Die Erfindung wird vorzugsweise in Fällen angewendet, in denen die
mechanische Lagerung - sei es wegen Lauf im Vakuum oder in korrosionsbedingender
Atmosphäre - nicht gut durchführbar ist, beispielsweise für Kreiselkompasse oder
Kreiselstabilisatoren, für Satelliten-Lageregelung und für im Vakuum laufende Ultrazentrifugen,
ferner für Kompressoren, Pumpen und Exhaustoren für aggressive Medien.
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16 S. Beschreibung 14 Patentansprüche 3 B1.Zeichnungen m. 6 Figuren