DE2527104A1 - Magnetlager - Google Patents

Magnetlager

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DE2527104A1
DE2527104A1 DE19752527104 DE2527104A DE2527104A1 DE 2527104 A1 DE2527104 A1 DE 2527104A1 DE 19752527104 DE19752527104 DE 19752527104 DE 2527104 A DE2527104 A DE 2527104A DE 2527104 A1 DE2527104 A1 DE 2527104A1
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rotor
ring
magnet
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ring magnet
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Hironori Okuda
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C39/00Relieving load on bearings
    • F16C39/06Relieving load on bearings using magnetic means
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Description

  • Magnetlager Die Erfindung betrifft ein Magnetlager mit einml um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, einem ersten Ringmagneten, dessen Hauptebene senlrecht zur Rotationsachse liegt, und einem ortsfesten Element, das einen zweiten Ringmagneten trägt, der mit einem vorbestilrnten Abstand dem ersten Ring£nagneten axial gegenüber koaxial und planparallel zu diesem ausgerichtet ist, so dass der Rotor senkrecht zur Achse des ortsfesten Elementes durch die zwischen beiden Ringmagneten wirkenden Kräfte gelagert ist.
  • Die Erfindung betrifft also insbesondere ein berührungsfreies Magnetlager, das insbesondere als oberes Lager stehender Lager für Vorrichtungen mit hohen Drehzahlen geeignet ist.
  • Hochtourige rotierende Vorrichtungen werden üblicherweise so ausgebildet, dass sich der Rotor um eine senkrechte Rotationsachse dreht. Der Motor solcher hochtourig drehender Vorrichtungen ist in der Regel so ausgebildet, dass dessen Rotor mit dem Rotor der Vorrichtung fest verbunden ist, während der Stator des Motors mit dem ortsfesten Element der Vorrichtung verbunden ist. Der Fuss des Rotors der Vorrichtung ist in einem Drucklager in der Weise gelagert, dass am unteren Ende des Rotors ein Achszapfen in einem ortsfesten Gleitlagerelement gelagert ist. Dieses Axiallager nirnm sowohl den axialen Lagerdruck, der durch das Gewicht des Rotors entsteht, als auch die radial wirkenden Kräfte auf. Der Rotor wird von einem Gehäuse umgeben und wird auf dein axial dem Drucklager gegenüberliegenden oberen Ende durch das Magnet lager gelagert. Das Magnetlager ist bei den gebräuchlichen Vorrichtungen aus zwei einander gegenüberliegenden Dauermagneten aufgebaut. Am ortsfesten Gehäuse ist ein erster Ringmagnet befestigt. Ein zweiter Ringmagnet in Form eines Dauermagneten ist am Kopf des Rotors befestigt. Beide Ringmagnete sind in axialer Gegenüberstellung zueinander ausgerichtet und wirken radial als Feder. Der Nachteil der bekannten Nagnetlager liegt für ultrahochtourige Vorrichtungen darin, dass sich unter Wärmeeinwirkung und durch die Zentrifugaikräfte der Rotor ausdehnt, so dass sich der Abstand zwischen den beiden Ringmagneten im Magnetlager verkleinert. Dadurch werden Anziehungskräfte erzeugt, die den Rotor anheben und seine Rotation unterbinden.
  • Wenn sich der Rotor andererseits zusannenæieht, wird durch die Abstandsveränderung zwischen den beiden Lagermagneten die tagercharakteristik des Magnetlagers ebenfalls ungünstig beeinflusst, so dass eine saubere Rotation kaum erhältlich ist.
  • Insbesondere bei einer Gewichtsverminderung des Rotors tritt dann das Problem des seitlichen Schlagens auf.
  • Zur Aufhebung insbesondere der unerwünscht auftretenden Anziehungskräfte zwischen beiden Lagermagneten ist für das zuvor beschriebene magnetische Kopflager eine Ausbildung vorgeschlagen worden, bei der einer der Lagermagneten in einem Joch angeordnet ist. Dieses magnetische Jochlager ist durch einen zylindrischen Abschnitt gekennzeichnet, der über den Kopf des Rotors hinausragt und einen radial vorspringenden Zahnkranz aus magnetischem Material trägt. Unter Ausbildung eines vorbestimmten Abstandes ist oberhalb und unterhalb des horizontalen Zahnkranzes ein Doppeljoch ausgebildet. Zwischen diesem Joch ist ein Dauermagnet angeordnet.
  • Der magnetische Fluss im Lager verläuft vom Joch über den Zahnkranz zum Gegen joch, so dass dadurch ebenfalls die Wirkung einer radialen Feder für den Zahnkranz bzw. den Rotor erzielt wird. Durch die Ausbildung des oberhalb und unterhalb des Zahnkranzes liegenden Doppeljochs werden die axial wirkenden Anziehungskräfte kompensiert.
  • Dieses Jochlager erfordert jedoch eine grössere axiale Baullöhe als das zuvor heschriebene einfache Magnetlager.
  • Die aufwendigere Bauweise führt dazu, dass der erzielbare Grenzdrehzahlbereich dennoch deutlich niedriger als für die einfachen 12 çletlager liegt. Je dünner man den Zahnkranz am Yopf des Rotors ausbildet, desto schwieriger werden die auftretenden Stabilisierungsprobleme. Ausserdem wird auch beim Jochlager das durch die mangelnde Massllaltigkeit: des Rotors verursachte Problem auch nicht vollständig gelöst, da durch jede Abmessungsanderung des Rotors das Kompensationsgleichgewicht gestört wird.
  • Zur Erhöhung des kritischen Drehzahlbereiches wäre folgende Ausbildung des Lagers denkbar: Am Kopf des Rotors sind axial voneinander getrennt konzentrisch und planparallel zueinander zwei Zahnkränze aus magnetischem Material befestigt. Ein entsprechendes Innenzahnkranzpaar ist in Gegenüberstellung zurn Stirnzahnkranzpaar des Rotors ortsfest arn Gehäuse befestigt. Das ortsfeste Zahnkranzpaar ist durch einen Dauermagneten miteinander verbunden. Bei dieser Ausbildung wirken die Zähne selbst als radiale Federn undlringen eine Anziehungskraft auf. Der Nachteil eines solchen prinzipiell denkbaren System liegt jedoch darin, dass im Vergleich zum einfachen Maynetlager unter Zugrundelegung gleicher radialer Federkonstanten wesentlich höhere Schubkräfte zum Antrieb erforderlich sind. Im Grenzfall wird eine Rotation durch die zwischen den ortsfesten und den am Rotor befestigten Zähnen wirkenden Anziehungskräfte sogar vollständig urterdrückt.
  • Schliesslich ist ein Magnetiager bekannt, bei din ein ringförmiger Dauermagnet auf einem zylindrischen Abschnitt auf dein koLorkopf befestigt ist. Durch einen ausseren Schutzring wird der Ringmagnet mechanisch und geouletrisch no sta- -bilisiert, dass er auch bei relativ hohen Drehzahlen eingesetzt werden kann. Ortsfest an; Gehäuse der Vorrichtung it ein weiter ringförmiger Dauermagnet in radialer Gegcnüb(-rstellung zulil Rotormagnetring angeordnet. Die zwischen den Stirnseiten beider Ringmagnete wirkenden Abstossungskräfte wirken als radiale Lagerfeder. Zur Erzielung optimaler Kenndaten für an Magnetlager ist jedoch erforderlich, dass der Abstand zwischen beiden Lagermagneten möglichst klein gehalten wird.
  • I)em steht bei der zuvor beschriebenen Ausbildung eines Nagnetlagers jedoch der Schutzring entgegen. Ausserdem wird für den Aussenmagneten ein relativ grosser Magnet benötigt, so dass die Kosten für ein solches Lager recht hoch sind Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Magnetlager für ultrahohe Drehzahlen zu schaffen, das bei Einstellung einer ausreichend hohen radialen Federkonstanten nur geringste Wider la qer- Schubkräfte hervorruft, dessen Bremswirkung möglichst unabhängig von einer Abstandsänderung zwischen den Lagermagneten ist und das trotz dieser verbesserten Kenndaten einfach aufgebaut und billig herstellbar ist.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Magnetlager der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Durchmesser des ortsfest gehalterten Ringmagneten deutlich verschieden vom Durchmesser des am Rotor gehalterten Ringmagneten ist und dass beide Ringmagneten einander entgegengesetzte Polaritäten aufweisen.
  • Zusammengefasst schafft die Erfindung also ein Magnetlager mit zwei axial einander gegenüberstehenden kreisringfrmigen Dauermagneten, wobei d&s Lager einen Rotor in einem ortsfesten Element senkrecht zur Rotationsachse durch die zwischen den beiden Ringmagneten wirkenden nugnetischen Kräfte stabilisiert. Die beiden Ring1iagnete sind planparallel zueinander in axialem Abstand voneinander senkrecht zur Rotationsachse ausgerichtet. Einer der beiden Ringmagneten ist am Kopf des Rotors, der andere ortsfest an ortsfesten Gehäuse befestigt.
  • Die Ringmagnete besitzen einen deutlich voneinander verschiedenen Durek-nesser und weisen einander entgegengesetzte Polaritäten auf. Gegenüber bekannten Magnetlagern weist dieses Magnetlager relativ zur radialen Federkonstanten eine wesentlich venninderte Schubkraft am Widerlager auf.
  • Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben.
  • Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durdieine hochtourig drehende Vorrichtung mit einem Lager nach einen Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 2 eine vergrösserte Teildarstellung eines Ausschnitts aus Fig. 1; Fig. 3 im Querschnitt ein Lager der Erfindung; Fig. 4 im Querschnitt ein Lager nach dem Stand der Technik; Fig. 5 Kennlinien für die in den Figuren 3 und 4 gezeigten Lager; Fig. 6 im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Lagers dat Erfindung; Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erf inÜ13ng; Fig. 8 ein Diagramm zur Erlh.utcrung der Wirkungsweise der Erfindung; Fig. 9 Kennlinien für verschicdene Ausführungsbeispiele der Erfindung und Fig. 10 weitere Kennlinien für Auführungsbeispiele der Erfindung.
  • In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung g;zeigt, deren Rotor 1 horizontale Stirnplatten 2 aufweist und der fest mit einen Rotor 3 eines Antriebsrnotors arn Boden der unteren Stirnplatte 3 angeordnet ist. Die Bodenplatte 2 des Rotors 1 trägt weiterhin zentral einen Achszapfen 5. Der Rotor 1 ist von einem ortsfesten Gehäuse 9 wageben. Fest am Fuss des Gehäuses 9 ist ein Stator 4 des Antriebsmotors und ein Gleitlager 6 befestigt, das den Achszapfen 5 axial und radial lagert. Der Stator 4 wirkt mit dem Motorrotor 3 zusa1T'Jflen. Ein Dedrel 10 schliesst das Gehäuse 9 oben ab. Am Kopf des Rotors 1 und im oberen Bereich des Gehäuses 9 ist das Magnetlager ausgebildet. In der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise ist das Magnet lager aus einem ringförmigen Dauermagneten 7 auf dem Rotor 1 und einem am Gehäuse 9 befestigten ringförmigen Dauermagneten 8 aufgebaut. Der Ringmagnet 7 liegt auf der oberen Stirnplatte 2 des Rotors 1 fest aussen um einen aufwärts ragenden zylindrischen Teil 26 herum und wird seinerseits fest von einem Schutzring 20 eingeschlossen.
  • Der zylindrische Teil 26 ist als Zarge fest an der Stirnplatte 2 des Rotors 1 angeformt. Der ortsfeste Ringmagnet 8 ist an einem Halterungsring 27 befestigt. Der Ringmagnet 7 und der Ringmagnet 8 sind mit einem axialen Abstand g voneinander angeordnet. Det Aesendurchmesser des Ringmagnsten 7 ist vorzugsweise gleich oder praktisch gleich dem Innendutchmesser des Ringmngneten 8. Die Magneten 7 und 8 weisen einander catgegengesetzte Polaritäten auf. Sie sindalse so ausgebildet, dass die gleichnamigen Eagnetpole beidet Ring@agneten einande ditele gegenüberliegen. Der otor 1 kann durch den Motor 3,4 ultrahochtourig angetrieben werden.
  • Dabei wird er radial dorch die Dauermagneten 7 und 8 gelagert.
  • Die wesentlichen Elemente des Magnetlagers der Erfindung sind in der Fig. 3 noch einwal schermtisch dargestellt und einem beloannten Hagnetlager in der Fig. 4 gegenübergestellt.
  • Es sei angenommen, dass der kleinere der beiden Ringmagneten der Fig. 3, also der Ringmagnet 7, den gleichen Durchmesser wie die Beidan Ringmagneten des in Fig. 4 gezelgten Lagers haben. In der Fig. 5 sind die Kennlinien beider Lager dargestellt. Dibei bedeutet kr die radiale Federkonstante in N/ma. Die Grösse kr ist also jene Kraft, die entweder den unteren oder deii oberen ringmagneten bei einer radialen Auslenkung um 1 mln in seine ursprüngliche Lage rückstellt.
  • Je grösser der Wert für kr ist, um so berser ist das Ergebnis.
  • Mit dem Symbol Ft ist die in N ausgedrückte Schubkraft, die zwischen beiden Magneten wirkt, bezeichi1et. Diese Kraft ist in beiden i den Figuren 3 und 4 gezeigten Magnetlagern eine Anzichungskraft. Das Symbol ß ist durch die Gleichung ß = Ft/kr definiert. Ft und entsprechend das Verhältnis ß sollen für ein Magnetlager möglichst klein sein. In der Fig. 5 ist für die beiden Magnetlager der Figuren 3 und 4 der Verlauf der Kennlinien für kr, Ft und B als Funktion des Abstandes g zwischen den beiden Magneten dargestellt. Die ausgezogen dargestellten Kurven sind die Kennlinien für das Magnetlager nach den Stand der Technik, während die unterbrochen dargestellten Kurven die Kennlinien für das Magnetlager der Erfindung sind. Gegenüber dem bekannten Lager sind beim Lager der Erfinduny also die Werte sowohl für kr als auch für Ft gegenüber dem Lager nach dem Stand der Technik etwas niedriger, jedoch liegt der Leistungskoeffizient ß wesentlich günstiger für das Lager der Erfindung. Die Absolutwerte für kr und Ft können durch eine Erhöhung der Koerzitivkraft der Magnete erhöht werden. Beide Grössen sind deni Quadrat der Koerzitivkraft proportional.
  • Vorstehend ist der Fall beschrieben, dass die Ringmagnete in axialer Richtung magnetisiert sind. Das gleiche Ergebnis wird jedoch auch für radiale Magnetisierung der Ringinagneten (Fig. 6) erhalten.
  • Die verschiedenen Faktoren für ein Magnetlager mit den in Fig. 7 gezeigten Abmessungen sind unter Zugrundelegung eines Abstandes g von 4 min berechnet und in der Tabelle 1 zusammengestellt.
  • Tabelle 1 äquivalente kr Ft ß = Ft/Kr Spulenkombi- (N/mm) (N) (mm) nationen (6000 Aw/cm) (2)-(3) 6 113 19 (2)-(4) 0,12 -50 -44,0 (1)-(3) -0,26 -36 14,0 (1)-(4) -0,23 13 -57 Gesamt 5,63 40 7,1 (1')-(3) -0,26 -36 14,0 (1'>-(4) -0,23 13 - 5,7 Gesamt incl.21 5,14 17 3,3 In Fig. 7 kann der axial magnetisierte Magnet durch einen äquivalenten Strom (1)-(4) ersetzt werden. Nach der Formel von Biot-Savart kann die radial wirkende Kraft und die Schubkraft des Magnetlagers als die zwischen den Kreisströmen (1)-(2) und (3)-(4) wirkende elektromagnetische Kraft berechnet werden.
  • Die radiale Kraftkomponente, die bei einer seitlichen Verschiebung der beiden pulsen url 1 mm auftritt, ist der radialen Federkonstante kr äquivalent, Die aufwärts und abwärts wirkende Schubkraft ist Ft. Die Tabelle 1 zeigt, ds der Wert für kr im wesentlichen durch (2)-(3) bestimmt ist und der Wert für Ft in diesem Fall ausgesprochen gross ist. Andererseits beeinflusst die Koribination (2)-(4) oder (1)-(3) den Wert von kr nicht wesentlich , verschiebt jedoch Ft spürbar in Richtung einer Abstossung. Die wirkenden Schubkräfte werden dadurch verringert. Bei einer Korlbination (1)-(4)wird kein signifikant er Wert von Ft erhalten. Die im Lager der Erfindung wirkende Schubkraft wird also durch (2)-(3) bestimmt, so dass der Wert von kr dann ein Maximum annimmt1 wenn die Durchmesser von (2) und (3) einander gleich sind. Wenn die Durchmesser von (2) und (3) dagegen verschieden voneinander sind, wird der Wert für Ft zwischen (2) und (3) nicht wie der Wert kr verkleinert, so dass insgesamt schlechtere daten erhalten werden.
  • Es sei weiter angenommen, dass in der in Fig. 7 gezeigten Weise ein magnetischer Zylinder 21, der dem in den Figuren 1 and 2 gezeigten Zylinder 26 entspricht, eingefügt ist. Das Einfügen eines solchen magnetischen Zylinders 21 entspricht im wesentlichen dem Fliessen eines Spiegelstromes (1') gegenüber dem Strom (1). Gleicherweise können zu den Strömen (2), (3) und (4) Spiegelströme berücksichtigt werden wenn man davon ausgeht, dass diese so weit entfernt liegen, dass sie vernachlässigt werden können. In diesem Fall treten zusätzliche Kräfte zwischen (1')-(3) und (1')-(4) auf, die dazu führen, dass die Schubkraft Ft insgesamt verringert wird.
  • Ein Vergleich der in Tabelle 1 dargestellten Gesamtergebnisse einmal mit und einmal ohne den Zylinder 21 zeigt, dass der Wert für kr um nur etwa 10 % verringert wird, während die Kraft Ft auf einen Wert von mehr als die Hälfte verringert wird. Die in der Tabelle 1 für einen Wert von g = 4 mm gezeigten Daten sind in der Tabelle 8 als Funktion von g dargestellt. Der Figur kann die spürbare Verringerung dos Faktors ß in Gegenwart des Zylinders 21 entnommen werden.
  • Schliesslich sei der Fall betrachtet, dass ein magnetischer Zylinder aussen um den Ringmagneten herum liegt. Der Zylinder liege also mit einem grösseren Durchmesser ausserhalb der Spule (4). Dieser magnetische Zylinder sei statt des Zylinders 21 (Fig. 7) vorgesehen. Der um die Spule (4) herum angeordnete magnetische Zylinder entspricht also dem Ring 27 bzw. der Innenfläche dieses Ringes (Figuren 1 und 2). Dabei werden die in der Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse erhalten.
  • Tabelle 2 äquivalente kr Ft ß = Ft/Kr Spulenkombi- (N/mm) (N) (mm) nationen (6000 Aw/cm) Gesamt 5,63 40 7,1 (1'>-(2) 0,12 -50 -440 (4'>-(1) 0,23 13 -57 Gesamt incl.
  • Zylinder 5,52 3 0,55 Die Daten der Tabelle 2 zeigen, dass die Schubkraft Ft weiter vermindert wird.
  • Wenn weiterhin magnetische Zylinder sowohl mit einem kleineren Durchmesser auf der Innenseite des Ringmagneten als auch mit einan grösseren Durchmesser auf der Aussenseite des Ringmagneten v<,.gcsehen sind, wenn also bei der in den Figuren 1. und 2 gezeigten Ausbildung der Erfindung magnetische Zylinder sowohl an der der Ringhalterung 27 als auch an der dem Innenzylinder 26 entsprecherlden Stelle vorgesehen sind, werden die in der Tabelle 3 gezeigten Daten erhalten. Die Schubkraft Ftt ist negativ und abstossend, wobei gleichzeitig eine positive radiale Federkonstante erhalten wird.
  • Tabelle 3 aquivalente kr Ft n = Ft/Kr Spulenkombi- (N/mm) (N) (mm) nationen (6000 Aw/cm) Gesamt 5,63 40 7,1 (1')-(3) -0»26 -36 140 (1')-(4) -0,23 13 -57 (4')-(2) 0,12 -50 -4t0 (4')-(1) -0,23 13 -57 Gesamt mit beiden Zylindern 5,03 -20 4,0 Das zuvor beschriebene Magnetlager, das in Druckrichtung abstossend ist und in radialer Richtung eine positive Kraft komponente aufweist, ist seiner Art nach vollkommen neu und eröffnet dem Gebiet der Magnetlager neue Anwendungen.
  • In der vorstehenden Beschreibung ist der Hauptwert auf eine Verkleinerung des Koeffizienten B gelegt. Im folgenden sei die Verringerung der Veränderung der Schubkraft Ft durch Dehnung oder Kontraktion des Rotors betrachtet. Wenn der Koeffzient a = dFt/dg oder das entsprechende differentiale Verhältnis gross ist, führt eine Ausdehnung oder ein Zusammenziehen des Rotors zu einer Änderung der Schubkraft, so dass das Eusslager 5,6 des Rotors einer zusätzlichen, auf solche änderungen zurückzuführenden Belastung ausgesetzt ist. Wenn diese Veränderung klein ist, werden das Gewicht des Rotors und die magnetische Anziehungskraft des Motors als Last vom Gleitlager aufgenommen. Wenn die Last die Veränderung nicht unterworfen ist, wird der Rotor um so viel durch die Anziehung des Gleitlagers oder durch andere Mittel aufwärts gezogen.
  • Dadurch wird die Belastung des Druckgleitlagers vermindert und braucht demzufolge dieses nur einfacher und leichter ausgelegt zu werden. Durch die Veränderung in der Schubkraft neigt aber auch der Rotor aufgrund seiner geometrischen Ausdehnung zum Springen. Um dies zu vermeiden, muss auch der Wert des Faktors a verkleinert werden.
  • Im Diagramm der Fig. 9 sind die Kennlinien für die radiale Federkonstante kr und die Schubkraft Ft für die verschiedenen Ausbildungen der einander gegenüberliegesrcAen Magnete des Magnetlagers mit gleichen Abmessungen dargestellt. In der Fig. 10 sind die verschiedenen Werte für a und ß dargestellt, die aus dem Diagramm der Fig. 9 entsprechend den Kennlinien (a) bis (e) erhalten werden. Dabei haben die einzelnen Kennlinien die folgende Bedeutung: (a) die Ausbildung nach dem Stand der Technik gemäss Fig. 4; (b) die Ausbildung gemäss der Erfindung in dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel; (c) die Ausbildung eines Magnetlagers mit einem Zylinder 21 nach Fig. 7 an der inneren Peripherie; (d) die Ausbildung des Magnetlagers gemäss der Erfindung mit einem magnetischen Zylinder 21 nach Fig. 7 aussen um den Dauermagneten 8 herum, also aussen um die Spule 4 herurn; (e) die Ausbildung des Magnetlagers in der in Fig. 7 gezeigten Form mit einem magnetischen Zylinder 21 sowohl aussen um den Dauermagneten 8 herum als auch innerhalb des Dauermagneten 7.
  • Aus der Fig. 9 ist ersichtlich, dass bei der Ausbildung des Magnetlagers gemäss der Erfindung der Wert Ft in der Reihenfolge der Ausbildungen (b), (c), (d) und (e) vermindert werden kann, ohne dabei den Wert für kr wesentlich zu vermindern. Insbesondere für die Ausbildungen entsprechend (c), (d) oder (e) ist die Abstossungskraft in Richtung der axialen Schubkraft bei gleichzeitiger positiver Federkonstante in radialer Richtung ausgebildet.
  • Ausserdem geht aus der Fig. 10 hervor, dass durch die Ausbildung des Magnetlagers der Erfindung eine deutliche Verringerung sowohl des Wertes für a als auch des Wertes für ß gegenüber dem Magnetlager nach dem Stand der Technik möglich ist.
  • Bei Verwendung des Magnetlagers der Erfindung in hochtourigen Vorrichtungen mit sich drehenden Teilen sind folgende Vorteile zu erzielen: (1) Selbst bei Verminderung des Gewichts des Rotors wird beim Magnetlager der Erfindung, das durch einander gegenüberliegende Magnete gekennzeichnet ist, ein Springen des Rotors trotz grosser radialer Federkonstante verhindert.
  • (2) Da die Bauhöhe 1 des Magnetlagers zwischen der oberen Oberfläche des Stirnbleches des Rotors und der oberen Oberfläche des Magnetes verkürzt wird, kann die kritische Tourenzahl des Rotors weiter erhöht werden.
  • (3) Selbst bei Überschreitung des tolerierbaren Fehlers durch Ausdehnung und Zusammenziehen des Rotors wird der Widerlagerdruck des Lagers nur geringfügig verändert.
  • Bei der Auslegung des Rotors brauchen daher keine ergänzenden Bedingungen beachtet zu werden. Die Belasturlg des Gleitlagers am Fuss des Rotors kann geringer gehalten werden, wodurch auch die Abmessungen und das Gewicht der Vorrichtung vermindert werden können.
  • (4) Die Erfindung schafft ein Magnetlager mit positiver radialer Federkonstante und einer abotossend wirkenden Schubkraft.
  • (5) Durch die vorgenannten Vorteile können die Rotoren für hochtourig drehende Vorrichtungen einfach ausgelegt werden.
  • Insbesondere können die Vorrichtungen klein und leicht gebaut werden.
  • Bei dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel der Ereindung ist der Durchmesser des Statormagnets grösser als der Durchmesser des Rotormagnets. Die Vorteile der Erfindung werden jedoch in gleicher Weise erhalten, wenn umgekehrt der Statormagnet einen kleineren Durchmesser als der Rotorlnagnet hat. Gleicherweise kann der Statormagnet unter dem Rotormag neten angeordnet sein. Auch kann der Statormagnet paarig ausgebildet sein, so dass einer der Statormagneten unter, der andere über dem Rotormagnet angeordnet ist. Die Statormagneten können also den Rotormagneten auch sandwichartig einschliessen.

Claims (5)

Patentansprüche
1. Magnetlager mit einem um eine Rotationsachse drehbar gelagerten Rotor, einem ersten Ringmagneten, dessen Hauptebene senkrecht zur Rotationsachse liegt, und einem ortsfesten Element, das einen zweiten Ringmagneten trägt, der mit einem vorbestimmten Abstand dem ersten Ringmagneten axial gegenüber koaxial und planparallel zu diesem ausgerichtet ist, so dass der Rotor senkrecht zur Achse des ortsfesten Elementes durch die zwischen beiden Ringmagneten wirkenden Kräfte gelagert ist, dadurc'tl g e k e n n z e i c h n e t , dass der Durchmesser des ortsfest yehalterten Ringmagneten deutlich verschieden vom Durchmesser des am Rotor gehalterten Ringtagneten ist und dass beide Ringnagneten einander entgegenpesetzte Polaritäten aufweisen.
2. Magnetlager nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Ringmagneten Dauermagnete sind oder diese enthalten.
3. Magnetlager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Innendurchmesser eines der am ortsfesten Element oder am Rotor befestigten Ringmagneten praktisch gleich dem Aussendurchmesser des jeweils anderen Ringmagneten ist.
4. Magnetlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein magnetischer Zylinder zumindest auf einem ausgewählten Innenflächenbereich oder auf der gesamten Innenfläche des Ringmagncten mit dem kleineren Durchmesser und ein magnetischer Zylinder auf der Aussenseite des Ringmagneten mit dem grösseren Durchmesser angeordnet ist.
5. Magnetlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Innendurchmesser des am ortsfesten Element befestigten Ringmagneten genau oder zumindest im wesentlichen gleich dem Aussendurchmesser des auf dem Rotor befestigten Ringmagneten ist.
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