DE2518735C2

DE2518735C2 - Aktives magnetisches Lager

Info

Publication number: DE2518735C2
Application number: DE2518735A
Authority: DE
Inventors: Maurice Foret de Vernon Brunet; Helmut Vernon Habermann
Original assignee: EUROPEENNE DE PROPULSION PUTEAUX HAUTS-DE-SEINE FR Ste
Current assignee: EUROPEENNE DE PROPULSION PUTEAUX HAUTS-DE-SEINE FR Ste
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1975-04-26
Publication date: 1985-06-05
Also published as: SE7505221L; NL7505422A; FR2270482A1; JPS50153154A; JPS6014927B2; GB1497219A; US4012083A; FR2270482B1; SE407611B; DE2518735A1

Description

30

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aktives magnetisches Lager nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein »aktives« magnetisches Lager enthält einen Stator, in welchem magnetische Feldlinien induziert werden und einen Rotor, in welchem sich die magnetischen Feldlinien schließen, ferner eine Meßvorrichtung für Lageänderungen und eine Steuerelektronik.

In solchen magnetischen Lagern ist jede mechanische Reibung vermieden, es entstehen aber Verluste durch Hysterese-Effekte aufgrund der Änderungen des im Rotor und im Stator induzierten magnetischen Feldes. Die Hysterese-Verluste können durch Verwendung von Legierungen, in denen nur geringe Hysterese-Verluste auftreten, vermindert werden. Es ist auch bekannt, daß Bleche mit magnetisch orientiertem Korn besonders geringe Hysterese-Verluste aufweisen, aber nur, wenn die induzierten magnetischen Feldlinien genau mit der Orientierungsrichtung übereinstimmen. Schon bei geringem Abweichen der Richtung der Feldlinien von der Orientierungsrichtung treten wieder hohe Verluste auf.

Ein magnetisches Lager mit geringen Wirbelstrom-Verlustcn ist bekannt durch die DE-AS 17 50 798. Bei diesem bekannten Lager hat der Rotor einen U-förmigcn Querschnitt und ist aus Blechschichtungen aufgebaut, wobei die Blechschichtungen an den Polen parallel zu einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors liegen und die Blechschichtungen zwischen den Polen sich in axialer Richtung erstrecken. Die Verwendung von Blechen mit magnetisch orientiertem Korn ist bei diesem bekannten magnetischen Lager nicht möglich, denn bei den bekannten Eisenbändern mit magnetisch orientiertem Korn stimmt die Richtung der magnetischen Orientierung mit der Walzrichtung überein, ist also stets parallel zur Längsrichtung des Bandes, während bei dem bekannten Lager die Pole des Rotors aus Blechen bestehen müßten mit radial orientiertem Korn. Auch bei der Blechschichtung zwischen den Polen würde die Verwendung von Blechen mit magnetisch orientiertem Korn große Schwierigkeiten machen, weil die magnetische Orientierung parallel zur Drehachse verlaufen müßte, um die die Bleche herumgebcgen oder herumgewickelt sind.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bestand darin, ein magnetisches Lager zu schaffen, bei dem nicht nur die Wirbelstrom-Verluste sondern auuh die Hysterese-Verluste erheblich vermindert sind. Zu diesem Zweck mußte für die magnetisch induzierbaren Teile des Lagers eine Formgebung gefunden werden, bei der Bleche mit magnetisch orientiertem Korn verwendet werden können und sich die Richtung der magnetischen Feldlinien mit der Richtung der Kornorientierung deckt

Gemäß der Erfindung wird die Lösung dieser Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Mittel erreicht. Durch den U-förmigen Querschnitt, bei dem die beiden Schenkel durch ein gekrümmtes Stück miteinander verbunden sind, wird erreicht, daß der den Rotor bildende Ring durch Bewikkeln eines ringförmigen Kernes mit einem dünnen gewalzten Blechband hergestellt werden kann. Die Schenkel des Stators, der ebenfalls U-förmigen Querschnitt aufweist, bilden in an sich bekannter Weise jeweils einen Nord- bzw. Südpol und sind so angeordnet, daß die Symmetrieebene zwischen Nord- und Südpc! senkrecht zur Rotationsachse des magnetischen Lagers steht. Wird gemäß Anspruch 2 der Stator in gleicher Weise gestaltet wie der Rotor, so werden besonders günstige Eigenschaften des Lagers erzielt auch bezüglich der aufzuwendenden elektrischen Energie.

Bei den magnetischen Lagern nach der Erfindung verläuft die Linie, welche die Nord- und Südpole miteinander verbindet, parallel zur Rotationsachse des Rotors, dessen Teile nicht nacheinander vor den Nordpolen und Südpolen vorbeilaufen, sondern stets nur vor Nordpolen oder nur vor Südpolen. Dadurch wird der Hysterese-Zyklus im Rotor vermindert, so daß sich die Magnetisierung an jedem Punkt nur zwischen den Werten 0 und + B bzw. zwischen 0 und — B ändert und nicht zwischen den Werten — B und +B, wie es der Fall ist. wenn Abschnitte des Rotors abwechselnd an einem Nordpol und einem Südpol vorbeilaufen. Dadurch wird die Fläche der Hysterese-Schleife im Verhältnis 1 :3 bis 1 :4 verkleinert, wodurch auch die Hysterese-Verluste entsprechend verkleinert werden.

Die im Rotor induzierten magnetischen Feldlinien, die jeweils die Teile des Rotors, welche dem Nordpol und dem Südpol des Stators gegenüberliegen, miteinander verbinden, behalten im wesentlichen konstante Trajektorien und es ist deshalb möglich, für den Rotor Bleche mit magnetisch orientiertem Korn zu verwenden, wodurch die Hysterese-Verluste weiter im Verhältnis 1 :3 vermindert werden können. Im Stator treten an sich nur geringe Hysterese- und Wirbelstromverluste auf. Auch beim Stator ist es aber vorteilhaft, ihn analog zum Aufbau des Rotors aufzubauen und Bleche mit magnetisch orientiertem Korn zu verwenden, weil dadurch nicht nur die Abmessungen und der Aufwand an elektrischer Energie zur Erzielung der notwendigen Magnetisierung vermindert werden, sondern es auch möglich wird. Stator und Rotor derart herzustellen, daß ein Kern mit dem Blechband bewickelt und dann parallel zur Mittelachse in zwei U-förmige Hälften gesägt wird.

Ein Ausführungsbeispiel eines Lagers gemäß der Vjfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. F.s zeigt

F i g. 1 in schematischcr Darstellung eine perspektivische Ansicht des magnetischen Lagers:

F i g. 2 einen Axialschnitt durch das Lager nach der Linie H-II in F ig. 1.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, besitzt das magnetische Lager einen Stator, der mindestens einen Elektromagnet 1 aufweist Dieser Elektromagnet 1 besitzt den aus F i g. 2 ersichtlichen Querschnitt in Form eines »U«, dessen einer Schenkel la den Nordpol ui:J dessen anderer Schenkel Ifeden Südpol des Magneten bildet Innerhalb des Stators, der in der Regel aus mehreren Elektromagneten besteht ist der Rotor 2 angeordnet, der um ^ine im wesentlichen stationäre Rotationsachse 2c drehbar ist Bei dem U-förmigen Querschnitt des Rotors sind die Schenkel 2a und 2b durch den gekrümmten Teil 2d miteinander verbunden. Das gleiche gilt bezüglich der Schenkel la und 1 b des Stators. Die Symmetrieebene lc is zwischen dem Schenkel la, der den Nordpol bildet und dem Schenkel 16, der den Südpol bildet, steht senkrecht /j;r Drehachse 2c des Rotors 2. Dabei besteht mindestens der »Rotor 2, zweckmäßig auch der Stator 1, aus lamelliert.en Blechen mit sehr feinem Lamellierungsgrad. Die Feldlinien 3 des elektromagnetischen Kreises, die in an sich bekannter Weise im Elektromagnet 1 durch eine, um den Elektromagneten herumgeführte Spule 4 induziert werden, schließen sich in dem U-förmigen Teil des Rotors 2. Die Richtung der Feldlinien an jedem Punkt des Rotors 2 bleibt weitgehend erhalten, so daß es möglich ist, den Rotor so auszubilden, daß die Kornorientierung in den lamellierten Blechen mit der Richtung der magnetischen Feldlinien stets so weitgehend übereinstimmt, daß günstigste Bedingungen, d. h. geringste Verluste erzielt werden.

Um den Rotor 2 herum sind mehrere Elektromagnete angeordnet, die ähnlich ausgebildet sein können wie der Elektromagnet 1. Vorteilhaft können zwei, vier oder acht oder mehr Paare von Elektromagneten vorgesehen sein, wobei die Zahl der Clektrornagncic zweckmäßig gleich einer Zahl aus der geometrischen Folge mit dem allgemeinen Güed LJ_n = 2" ist, wobei η eine ganze Zahl ist

40

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

45

Claims

Patentansprüche:

1. Aktives magnetisches Lager mit einem Rotor und einem Stator mit U-förmigem Querschnitt, wobei die Schenkel von Rotor und Stator senkrecht zur Drehachse des Rotors stehen, der Stator mindestens einen Elektromagneten enthält und die magnetisch induzierbaren Teile des Rotors und des Stators die Form von Ringen haben, die mindestens beim Rotor aus fein lameüiertem Blech bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor einen solchen U-förmigen Querschnitt hat, daß die beiden Schenkel (2a. 2b) durch ein gekrümmtes Stück (2d) miteinander verbunden sind und der Teil des Rotors (2), in welchem die induzierten magnetischen Feldlinien verlaufen, aus Blechen mit magnetisch orientiertem Korn besteht.

2. Aktives magnetisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Stator einen solchen U-förmigen Querschnitt hat, daß die beiden Schenkel (la, \b)durch ein gekrümmtes Stück miteinander verbunden sind und der Teil des Stators, in welchem die induzierten magnetischen Feldlinien verlaufen, aus Siechen mit magnetisch orientiertem Korn besteht.