DE3240809C2 - Magnetic bearings - Google Patents

Magnetic bearings

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Description

Aus der europäischen Patentanmeldung 49 300 ist ein Magnetlager bekannt, bei dem der Durchmesser eines ringformigen Luftspaltes, in welchem die Feldlinien in Radialrichtung verlaufen, groß gegenüber der axialen Länge des Lagers ist, bei dem der Rotor durch Permanentmagnete, die auf der Rotor- oder Statorseite angeordnet sind, radial passiv gelagert ist, bei dem weiterhin durch Regeleinrichtungen die axiale und radiale Lage des Rotors geregelt ist und bei dem mehrere Sensoranordnungen zur Bestimmung der axialen Lage sowie Regelverstärker und Wicklungen zur Ausübung von Kräften auf den Rotor verwendet sind. Mit diesem Magnetlager ist ein Schwungring gelagert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält der Schwungring an seinen beiden Stirnseiten je einen Permanentmagnetring. Mit diesen Ringen und mit Hilfe von Jochringen auf dem Stator sind Magnetkreise gebildet, die zwischen Rotor und Stator Luftspalte mit axial gerichteten Feldlinien aufweisen. Hierdurch wird der Rotor radial stabilisiert. Der Rotor trägt drei segmentförmige Wicklungen. Die hierdurch erzeugten Magnetflüsse werden ebenfalls über die Luftspalte geleitet; damit sind sektorweise die auf den Rotor einwirkenden axialen Kräfte variierbar. Jeder der Wicklungen ist ein die axiale Lage des Rotors überwachender Sensor und ein nachgeschalteter Regelverstärker zugeordnet. Hiermit wird der Rotor in eine vorgegebene axiale Stellung gezwungen. From European patent application 49 300 is a Magnetic bearing known in which the diameter of a annular air gap in which the field lines in Radial direction, large compared to the axial length of the Bearing is where the rotor is made by permanent magnets the rotor or stator side are arranged radially passive is stored, in which the control devices continue axial and radial position of the rotor is regulated and at which several sensor arrangements for determining the axial position as well as control amplifiers and windings for exerting forces are used on the rotor. With this magnetic bearing is a Fly ring mounted. According to one embodiment the flywheel on each of its two faces Permanent magnet ring. With these rings and with the help of Magnetic circuits are formed on the stator yoke rings between rotor and stator air gaps with axially directed Have field lines. This makes the rotor radial stabilized. The rotor carries three segment-shaped windings. The magnetic fluxes generated in this way are also transmitted through the Air gaps directed; so that are sector by sector on the rotor Axial forces can be varied. Each of the windings is a sensor monitoring the axial position of the rotor and a downstream control amplifier assigned. Hereby will the rotor is forced into a predetermined axial position.  

Aus der DE-OS 28 00 960 ist ein elektromagnetisch wirkendes Axiallager für flache Rotoren von großem Durchmesser und geringer Länge bekannt. Es weist ein festes Induktionsteil von Ringform und eine Steuervorrichtung in Form einer mit dem Rotor fest verbundenen Scheibe auf, die dem Induktionsteil gegenüberliegt. Außerdem ist ein Fühler für die axiale Lage des Rotors vorgesehen. Das Induktionsteil des Axiallagers ist aus vier unabhängigen Sektoren zusammengesetzt, welche jeweils einen ferromagnetischen Kern und eine Spule haben und von mindestens einem eigenen Fühler für die axiale Lage des Rotors in Bezug auf diesen Sektor überwacht werden.From DE-OS 28 00 960 is an electromagnetic Axial bearings for flat rotors of large diameter and short length known. It has a fixed induction part from Ring shape and a control device in the form of a Rotor firmly connected disc on the induction part opposite. There is also a sensor for the axial position of the rotor. The induction part of the thrust bearing is composed of four independent sectors, each one have a ferromagnetic core and a coil and from at least one separate sensor for the axial position of the rotor be monitored in relation to this sector.

Aus der DE-OS 27 41 062 ist ebenfalls eine Anordnung zur magnetischen Lagerung eines Rotors bekannt mit zwei auf dem Stator angeordneten Magnetsystemen, welche mit ferromagnetischen Rotorteilen zusammenwirken und zur aktiven Stabilisierung in axialer Richtung steuerbare Zugkräfte auf den Rotor ausüben, wobei aufgrund der koaxialen Ausbildung der Magnetsysteme und Rotorteile eine passive Stabilisierung in radialer Richtung erfolgt. Eines der Magnetsysteme weist einen Permanentmagnetring auf, während das zweite Magnetsystem bzw. der Rotor zwei Teile enthält, zwischen welchen ein ferromagnetisches Teil des Rotors bzw. des Stators mit Polringen angeordnet ist. In wenigstens einem der genannten Teile des Magnetsystems bzw. des Stators ist eine Ringspule angeordnet.From DE-OS 27 41 062 an arrangement for is also magnetic bearing of a rotor known with two on the Stator arranged magnet systems, which with ferromagnetic rotor parts interact and become active Stabilization controllable tensile forces in the axial direction exercise the rotor, due to the coaxial design of the Magnetic systems and rotor parts provide passive stabilization in radial direction. One of the magnet systems has one Permanent magnet ring while the second magnet system or the rotor contains two parts, between which one ferromagnetic part of the rotor or stator with Pole rings is arranged. In at least one of the above A ring coil is part of the magnet system or the stator arranged.

Aus der DE-OS 25 01 218 ist eine magnetische Lagervorrichtung bekannt, bei der es möglich ist, den Nullpunkt für ein axiales Positioniersystem durch ein veränderbares Vorspannungs- oder Zentriersignal einzustellen. From DE-OS 25 01 218 is a magnetic bearing device known in which it is possible to set the zero point for an axial Positioning system through a changeable preload or Centering signal.  

Aus der DE-AS 22 63 096 ist schließlich eine Regelschaltung einer magnetischen Lagerung eines Motors bekannt, die zusätzlich eine Kreuzschaltung zum Dämpfen der Nutationsbewegung enthält. Der Eingang dieser Kreuzschaltung ist einer Subtraktionsschaltung nachgeschaltet und Detektoren zugeordnet, die Signale liefern, welche diejenigen Ablenkungen angeben, die in den beiden magnetischen Lagern der Lagerung in einer der beiden Richtungen eingetreten sind, welche zur Lagerachse senkrecht stehen. Dabei ist der Ausgang der Kreuzschaltung mit den Magnetisierungsvorrichtungen geschaltet, die in den beiden anderen zur Lagerachse senkrechten Richtungen in beiden Lagern wirksam sind.Finally, a control circuit is known from DE-AS 22 63 096 a magnetic bearing of a motor known additionally a cross connection to dampen the Contains nutation movement. The input of this cross circuit is connected to a subtraction circuit and detectors associated which provide signals which ones distractions specify the storage in the two magnetic bearings in one of the two directions which led to Stand the bearing axis vertically. The exit is the Cross connection with the magnetization devices switched that in the other two to the bearing axis vertical directions are effective in both bearings.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Magnetlager für einen Rotor anzugeben, der im Vergleich zur radialen Ausdehnung eine geringe axiale Ausdehnung aufweist und der eine Kippregelung zuläßt.The invention has for its object a magnetic bearing for specify a rotor that is compared to the radial Expansion has a small axial extent and one Tilt control allows.

Dies wird erfindungsgemäß mit dem Magnetlager mit den Merkmalen, die im Patentanspruch 1 genannt sind.This is according to the invention with the magnetic bearing Features that are mentioned in claim 1.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird somit nicht nur in axialer Richtung aktiv geregelt, sondern es sind zusätzlich Regelverstärker zum Kippen des Rotors um zwei zueinander und zur Drehachse senkrechte Achsen vorgesehen. Ausgehend von vier Sensoranordnungen wird durch Schaltungsmaßnahmen auf einen dreikanaligen Regler übergegangen, der dann wieder fünf Wicklungen bedient.The solution according to the invention is therefore not only in Axial direction actively regulated, but there are additional Control amplifier for tilting the rotor by two to each other and axes perpendicular to the axis of rotation are provided. Starting from four Sensor arrangements is based on circuit measures on a passed three-channel controller, which then again five Operated windings.

Es genügt an sich, vier um jeweils 90° versetzte Sensoren zu verwenden. Günstiger ist es jedoch, jede Sensoranordnung aus einem Paar von axial gegeneinander versetzten und auf axiale Rotorbewegungen entgegengesetzt reagierenden Sensoren zu bilden, und deren Differenzsignal als Sensorausgangssignal zu verwenden. It is sufficient in itself to use four sensors, each offset by 90 °. Is cheaper it, however, each sensor assembly from a pair of axial offset against each other and on axial rotor movements to form oppositely reacting sensors, and their Differential signal to be used as a sensor output signal.  

Es sind verschiedene Anordnungen und Ansteuerungen der Wicklungen zur Erzeugung der geforderten Stellmomente und Kräfte möglich. Hierauf wird anhand der Ausführungsbeispiele näher eingegangen.There are various arrangements and controls of the Windings to generate the required torque and Powers possible. This is based on the exemplary embodiments discussed in more detail.

Bei dem erfindungsgemäßen Lager ist es durch Einkoppeln von Signalen in den ersten und zweiten Regelverstärker möglich, den Null-Punkt der Regelcharakteristik zu verschieben, d. h., in einem gewissen Rahmen die Drehachse bewußt schief zu stellen, was z. B. bei Lagerung eines Schwungrads für Raumfahrzeuge von Interesse ist.In the bearing of the invention, it is by coupling Signals in the first and second control amplifiers possible to shift the zero point of the control characteristic, d. H., within a certain framework, the axis of rotation deliberately crooked ask what z. B. when storing a flywheel for Spacecraft is of interest.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Eingangssignale des ersten und zweiten Regelverstärkers kreuzgekoppelt, d. h., ein Anteil des Eingangssignals eines der Regelverstärker wird dem Eingangssignal des anderen Regelverstärkers überlagert. Dies hat den Vorteil, daß ausreichende Stabilität bereits mit einfachen Reglern erreicht wird, da die um eine Achse erzeugten Momente eine Präzessions- Winkelgeschwindigkeit um die dazu senkrechte radiale Achse erzeugen. Allerdings verschwindet dieser Effekt bei Stillstand.According to a development of the invention Input signals of the first and second control amplifiers cross-coupled, d. i.e., a portion of the input signal of one of the Control amplifier becomes the input signal of the other Control amplifier superimposed. This has the advantage that sufficient stability has already been achieved with simple controls because the moments generated about an axis are precession Angular velocity about the vertical radial axis produce. However, this effect disappears Standstill.

Vorzugsweise wird diese Kreuzkopplung dazu drehzahlabhängig ausgebildet, d. h., mit steigender Drehzahl wird der kreuzgekoppelte Anteil erhöht.This cross coupling is preferably speed-dependent trained, d. that is, with increasing speed the cross-coupled portion increased.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawings.

Es zeigenShow it

Fig. 1 eine Steuerschaltung für ein Magnetlager, Fig. 1 is a control circuit for a magnetic bearing,

Fig. 2 ein möglicher Aufbau eines Magnetlagers, das wie in Fig. 1 gezeigt geregelt wird, Fig. 2 shows a possible structure of a magnetic bearing, which is controlled as shown in Fig. 1,

Fig. 3 andere Ausführungsformen für das radiale passive Lager, Fig. 3 different embodiments for the passive radial bearing,

Fig. 4 andere Ausführungsformen für die Aufbringung von Momenten und Kräften, Fig. 4, other embodiments for the application of torques and forces,

Fig. 5 eine andere Möglichkeit der Ansteuerung, Fig. 5 shows another possibility of controlling,

Fig. 6 eine Ausführungsform für den Aufbau des Lagers, das gemäß Fig. 5 angesteuert werden kann. Fig. 6 shows an embodiment for the construction of the camp, which can be controlled according to FIG. 5.

In Fig. 1 sind vier Sensoranordnungen 1-4 vorgesehen, von denen die Sensoranordnungen 1 und 2 auf einer Achse (x-Achse) senkrecht zur Drehachse (z-Achse) und diametral zur Drehachse liegen und auf axiale Bewegungen in ihren Ausgangssignalen in gleicher Weise reagieren. Entsprechend sind die Sensoranordnungen 3 und 4 auf der zur x- und z-Achse senkrechten y-Achse angeordnet. In Differenzverstärkern 5 und 6 werden aus den Ausgangssignalen der Sensoranordnungen 1 und 2 bzw. 3 und 4 Differenzsignale gebildet, wobei eine Differenz auftritt, wenn der von den Sensoranordnungen abgetastete Rotor eine Kippbewegung um eine Achse durchführt, die jeweils senkrecht zur Rotationsachse und zur Achse, auf der die zusammengeschalteten Sensoranordnungen liegen, steht. Über Regelverstärker 7 und 8, Inverter 9 und 10, Summierglieder 11 bis 14 und Leistungsverstärker 15 gelangen dann die Signale zu Sektorenspulen 16 bis 19; jede dieser Sektorenspulen 16 bis 19 ist einem der Sensoranordnungen 1 bis 4 räumlich zugeordnet und erzeugt bei Ansteuerung eine axiale Kraft auf den Rotor.In Fig. 1, four sensor arrangements 1-4 are provided, of which the sensor arrangements 1 and 2 lie on an axis (x-axis) perpendicular to the axis of rotation (z-axis) and diametrically to the axis of rotation and on axial movements in their output signals in the same way react. Correspondingly, the sensor arrangements 3 and 4 are arranged on the y axis perpendicular to the x and z axes. In differential amplifiers 5 and 6 , differential signals are formed from the output signals of sensor arrangements 1 and 2 or 3 and 4 , a difference occurring when the rotor sensed by the sensor arrangements executes a tilting movement about an axis that is perpendicular to the axis of rotation and the axis, on which the interconnected sensor arrangements are located. The signals then reach sector coils 16 to 19 via control amplifiers 7 and 8 , inverters 9 and 10 , summing elements 11 to 14 and power amplifiers 15 ; each of these sector coils 16 to 19 is spatially assigned to one of the sensor arrangements 1 to 4 and generates an axial force on the rotor when actuated.

Alle vier Sensoranordnungen 1 bis 4 sind auch an einen Summierverstärker 20 angeschaltet, dessen Ausgangssignal über einen Regelverstärker 21 und die Summierglieder 11 bis 14 sowie die Leistungsverstärker 15 ebenfalls zu den Sektorenspulen 16 bis 19 gelangen. All four sensor arrangements 1 to 4 are also connected to a summing amplifier 20 , whose output signal also reaches the sector coils 16 to 19 via a control amplifier 21 and the summing elements 11 to 14 and the power amplifiers 15 .

Werden an den Klemmen 22 und 23 Gleichspannungen eingekoppelt, so läßt sich der Null-Punkt der Regelverstärker 7 und 8 einstellen, so daß es zu einer definierten Schiefstellung der Rotorachse kommt.If DC voltages are injected at the terminals 22 and 23 , the zero point of the control amplifiers 7 and 8 can be set so that the rotor axis is tilted in a defined manner.

Mit der in Fig. 1 dargestellten Steuerschaltung läßt sich ein entsprechend Fig. 2 aufgebautes Magnetlager regeln. Fig. 2a zeigt eine perspektivische Ansicht und Fig. 2b einen Schnitt.A magnetic bearing constructed in accordance with FIG. 2 can be regulated with the control circuit shown in FIG. 1. Fig. 2a shows a perspective view and Fig. 2b shows a section.

Ein mit 31 bezeichneter Rotor des Lagers besteht aus einem radial magnetisierten Permanentmagnetring 32, an dessen Polen sich zwei Polblechringe 33 und 34 anschließen. Diesem Rotor stehen axial versetzt zu beiden Seiten u-förmige Statorringsegmente 35 bis 38 bzw. 35′ bis 38′ aus magnetisch gut leitendem Material gegenüber; dabei ist die Ausbildung so getroffen, daß die freien Schenkel des U gerade den Polblechringen 33 und 34 gegenüberstehen. Um diese Ringsegmente sind in Umfangsrichtung Sektorenspulen 39 bis 42 bzw. 39′ bis 42′ gewickelt. Die beiden Sektorenspulengruppen werden von der in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung, in Abhängigkeit von Abstandssignalen gesteuert, die von Sensoranordnungen 43, 45 und zwei weiteren bzw. 43′, 45′ erzeugt werden. Dabei wird aus den Signalen je eines Sensorpaares, z. B. 45 und 45′, jeweils die Differenz gebildet; dieses Differenzsignal stellt das Ausgangssignal einer der Sensoranordnungen 1 bis 4 der Fig. 1 dar.A rotor, designated 31 , of the bearing consists of a radially magnetized permanent magnet ring 32 , at the poles of which two pole plate rings 33 and 34 are connected. This rotor is axially offset on both sides u-shaped stator ring segments 35 to 38 and 35 'to 38 ' of magnetically good conductive material; the design is such that the free legs of the U are just opposite the pole plate rings 33 and 34 . Sector coils 39 to 42 or 39 'to 42 ' are wound around these ring segments in the circumferential direction. The two sector coil groups are controlled by the control device shown in Fig. 1, depending on distance signals which are generated by sensor arrangements 43 , 45 and two further or 43 ', 45'. The signals from a pair of sensors, e.g. B. 45 and 45 ', each formed the difference; this difference signal represents the output signal of one of the sensor arrangements 1 to 4 of FIG. 1.

Die Luftspalte zwischen Rotor 31 und Stator sind mit 47 und 47′ bezeichnet.The air gaps between the rotor 31 and the stator are designated 47 and 47 '.

Aus den Fig. 1 und 2 ergibt sich folgende Wirkungsweise. The following mode of operation results from FIGS. 1 and 2.

Bei einer Kippung um die y-Achse erzeugen die Sensorpaare 45 und 45′ sowie 43 und 43′ und die diesen entsprechenden Sensoranordnungen 1 und 2 der Fig. 1 Ausgangssignale. Hierdurch werden die Sektorenspulen 16 und 17 entgegengesetzt angesteuert und erzeugen ein Gegenkippmoment. In Fig. 2 entsprechen der Sektorenspule 16 die hintereinander geschalteten Teilspulen 41 und 41′, die entgegengesetzt gewickelt sind und sich in der Wirkung unterstützen. Entsprechendes gilt für die Sektorenspule 17 und die Teilspulen 39 und 39′. Hier werden in den Luftspalten 47 und 47′ die Flüsse des Permanentmagnetrings und der Elektromagnete überlagert.When tilted about the y-axis, the sensor pairs 45 and 45 'and 43 and 43 ' and the sensor arrangements 1 and 2 of FIG. 1 corresponding to these produce output signals. As a result, the sector coils 16 and 17 are driven in opposite directions and generate a counterturning moment. In Fig. 2 correspond to the sector coil 16, the series coils 41 and 41 ', which are wound in opposite directions and support each other in the effect. The same applies to the sector coil 17 and the sub-coils 39 and 39 '. Here the flows of the permanent magnet ring and the electromagnets are superimposed in the air gaps 47 and 47 '.

Entsprechend wird von dem anderen Regelverstärker 8 eine Kippung um die x-Achse ausgeregelt.Accordingly, the other control amplifier 8 compensates for a tilt about the x-axis.

Erfolgt dagegen eine axiale Verschiebung des Rotors 31, so geben alle Sensoranordnungen 1 bis 4 gleiche Signale ab. Die Regelverstärker 7 und 8 erhalten kein Signal, dagegen der Regelverstärker 21, der alle Sektorenspulen 16 bis 19 (und entsprechend 39 bis 42 bzw. 39′ bis 42′) ansteuert und eine Rückstellkraft erzeugt.If, on the other hand, there is an axial displacement of the rotor 31 , all sensor arrangements 1 to 4 emit the same signals. The control amplifiers 7 and 8 receive no signal, but the control amplifier 21 which controls all sector coils 16 to 19 (and correspondingly 39 to 42 or 39 'to 42 ') and generates a restoring force.

Zu erwähnen sind noch die Kreuzkoppelleitungen 24 und 25, über die ein Anteil der Eingangssignale der Regelverstärker 7 bzw. 8 in den jeweils anderen Regelverstärker gekoppelt werden kann. Vorzugsweise steigen die kreuzgekoppelten Anteile mit der Drehzahl an, was durch einen Verstärker mit verstellbarem Verstärkungsfaktor in jeder Kreuzkoppelleitung realisiert werden kann. Also worth mentioning are the cross coupling lines 24 and 25 , via which a portion of the input signals of the control amplifiers 7 and 8 can be coupled into the other control amplifier. The cross-coupled components preferably increase with the speed, which can be achieved by an amplifier with an adjustable gain factor in each cross-coupling line.

In den Fig. 3a bis 3c sind andere Ausführungsbeispiele für eine mögliche passive Radiallagerung gezeigt, wobei hier jeweils ein Statorring 50 koaxial zu einem Rotorring 51 angeordnet ist und die radiale Lagerung durch einander abstoßende Magnetpole von Permanentmagneten erzielt wird.In FIGS. 3a-3c another embodiments of a possible passive radial bearing are shown, here a stator ring 50 is in each case arranged coaxially to a rotor ring 51 and the radial bearing is achieved by each other repulsive magnetic poles of permanent magnets.

Entsprechend zeigt Fig. 4a und 4b andere Ausführungsformen für das Aufbringen von Kräften auf den hier aus Weicheisen bestehenden Rotorring 60, an dem noch das rotorseitige Teil 61 des Radiallagers angedeutet ist. Die Elektromagnete 62 und 62′ müssen hier allerdings alternativ angesteuert werden. Beide Lösungen erlauben eine relativ große Schrägstellung des Rotors. Accordingly, Fig. 4a and 4b, other embodiments for the application of forces to the existing here made of soft iron rotor ring 60 to which nor the rotor-side part 61 is indicated by the radial bearing. The electromagnets 62 and 62 'must, however, alternatively be controlled here. Both solutions allow a relatively large inclination of the rotor.

In der Fig. 5 entspricht der Schaltungsaufbau bis zum Ausgang der Regelverstärker 7, 8 und 21 der Fig. 1, weshalb gleiche Bezugszeichen benutzt sind. Die für die Kippregelung zuständigen Regelverstärker 7 und 8 sind über Leistungsverstärker 70 mit hintereinander geschalteten aber entgegengesetzt gewickelten Sektorenspulen 72 und 73 bzw. 74 und 75 verbunden. Die Paare 72 und 73 bzw. 74 und 75 sind wieder diametral zur Drehachse angeordnet.In FIG. 5, the circuit construction corresponding to the output of the control amplifiers 7, 8 and 21 of Fig. 1, and therefore like reference numerals are used. The control amplifiers 7 and 8 responsible for the tilt control are connected via power amplifiers 70 to series-connected but oppositely wound sector coils 72 and 73 or 74 and 75 . The pairs 72 and 73 or 74 and 75 are again arranged diametrically to the axis of rotation.

Mit dem Ausgang des Reglers 21 ist eine gesonderte Ringspule 76 verbunden, die eine Axialkraft erzeugt, während die Sektorenspulenpaare 72 und 73 bzw. 74 und 75 Kippmomente erzeugen. Diese Schaltung kann z. B. bei einem Magnetlager gemäß Fig. 6 verwendet werden.A separate toroidal coil 76 is connected to the output of the regulator 21 , which generates an axial force, while the sector coil pairs 72 and 73 or 74 and 75 generate tilting moments. This circuit can e.g. B. can be used in a magnetic bearing according to FIG. 6.

In Fig. 6a ist mit 80 ein Rotorring bezeichnet, mit 81 ein Statorring und mit 82 ein passives Radiallager, das aus Permanentmagneten 82a, 82b gebildet ist. In einem Luftspalt 83 des Rotorrings 80 wird mit Hilfe der Permanentmagnete 82a und 84 ein radiales Magnetfeld erzeugt, in dem eine statorseitig befestigte Ringspule 85 liegt und eine ebenfalls statorseitig befestigte Sektorenspule 86 teilweise eintaucht.In Fig. 6a, 80 denotes a rotor ring, 81 a stator ring and 82 a passive radial bearing, which is formed from permanent magnets 82 a, 82 b. In an air gap 83 of the rotor ring 80 , a permanent magnetic field is generated with the help of the permanent magnets 82 a and 84 , in which there is an annular coil 85 fixed on the stator side and a sector coil 86 also fixed on the stator side is partially immersed.

Die Fig. 6b zeigt, daß vier Sektorenspulen 86 und eine Ringspule 85 vorgesehen sind. Fig. 6b shows that four sector coil 86 and an annular coil 85 are provided.

Wird die Ringspule 85, die der Ringspule 76 der Fig. 5 entsprechen kann, angesteuert, so wird eine axiale Kraft auf den Rotor 80 ausgeübt, deren Richtung von der Stromrichtung abhängt. Bei Ansteuerung der Sektorenspule 86 und entgegengesetzter Ansteuerung der diametral gegenüberliegenden Sektorenspule wird dagegen ein Moment um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse erzeugt, dessen Drehrichtung von der Stromrichtung abhängig ist.If the ring coil 85 , which can correspond to the ring coil 76 of FIG. 5, is actuated, then an axial force is exerted on the rotor 80 , the direction of which depends on the direction of the current. On the other hand, when the sector coil 86 is actuated and the diametrically opposite sector coil is actuated in the opposite direction, a moment is generated about an axis perpendicular to the plane of the drawing, the direction of rotation of which depends on the current direction.

In Fig. 5 erfolgt schließlich noch je eine Rückkopplung 77 bis 79 auf die Regelverstärker 7, 8 und 21. Dadurch wird unabhängig von den Spuleninduktivitäten ein "stromsteuerndes" Verhalten erzielt, d. h. die Regler-Ausgangsspannungen werden in proportionale Kräfte bzw. Kippmomente umgewandelt.In FIG. 5, 77, finally occurs still a respective feedback to 79 to the control amplifier 7, 8 and 21. As a result, a "current-controlling" behavior is achieved regardless of the coil inductances, ie the controller output voltages are converted into proportional forces or tilting moments.

Claims (6)

1. Magnetlager mit Rotor und Stator mit folgenden Merkmalen:
  • a) Der Rotor ist gegenüber dem Stator durch Permanent­ magnete (82a, 82b), die ringförmig um die Rotationsachse zumindest auf der Rotorseite angeordnet sind, radial magnetisch passiv gelagert;
  • b) die axiale Länge des Magnetlagers ist klein gegenüber dessen Durchmesser;
  • c) mit dem Rotor sind Permanentmagnete (82a, 84) verbunden, die einander radial benachbart sind und zwischen denen sich ein Luftspalt (83) befindet;
  • d) zur axialen aktiven Lagerung des Rotors gegenüber dem Stator ist eine statorseitig befestigte Ringspule (85) um die Rotationsachse angeordnet und taucht ganz in den Luftspalt (83) zwischen den Permanentmagneten (82a, 84) ein;
  • e) zur Erzeugung eines Kippmoments tauchen statorseitig befestigte Sektorenspulen (86) teilweise in den Luftspalt (83) zwischen den Permanentmagneten (82a, 84) ein;
  • f) vier Sensoranordnungen für die Lage des Rotors in Bezug auf den Stator sind paarweise diametral zur Rotationsachse gegenüberliegend in gleichen Abständen am Stator und am Rotor angeordnet;
  • g) eine Regeleinrichtung führt einem ersten (7) und einem zweiten Regelverstärker (8) jeweils die Differenz der Steuersignale einander diametral gegenüberliegender Sensoranordnungen (1-4) zu, führt einem dritten Regelverstärker (21) die Summe aller Sensorsignale zu, steuert entsprechend den Signalen des ersten und des zweiten Regelverstärkers diametral gegenüberliegende Sektorenspulen (72-75, 86) entgegengesetzt an zur Erzeugung eines Drehmoments um eine Achse senkrecht entsprechend dem Signal des dritten Regelverstärkers die Ringspule (76, 85) an zur Erzeugung einer axialen Kraft.
1. Magnetic bearing with rotor and stator with the following features:
  • a) The rotor is radially magnetically passive opposite the stator by permanent magnets ( 82 a, 82 b), which are arranged in a ring around the axis of rotation at least on the rotor side;
  • b) the axial length of the magnetic bearing is small compared to its diameter;
  • c) with the rotor permanent magnets ( 82 a, 84 ) are connected, which are radially adjacent to each other and between which there is an air gap ( 83 );
  • d) for the axially active mounting of the rotor in relation to the stator, an annular coil ( 85 ) fixed on the stator side is arranged around the axis of rotation and is completely immersed in the air gap ( 83 ) between the permanent magnets ( 82 a, 84 );
  • e) to generate a tilting moment, sector coils ( 86 ) fixed on the stator side are partially immersed in the air gap ( 83 ) between the permanent magnets ( 82 a, 84 );
  • f) four sensor arrangements for the position of the rotor in relation to the stator are arranged in pairs diametrically opposite to the axis of rotation at equal distances on the stator and on the rotor;
  • g) a control device to a first (7) and a second variable gain amplifier (8) in each case the difference of the control signals of diametrically opposite sensor assemblies (1 - 4), a third variable gain amplifier (21) supplies the sum of all the sensor signals, controls corresponding to the signals of the first and the second control amplifier diametrically opposed sector coils ( 72 - 75, 86 ) opposite to produce a torque about an axis perpendicular to the ring coil ( 76 , 85 ) corresponding to the signal of the third control amplifier to generate an axial force.
2. Magnetlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der vier Sensoranordnungen (1-4) aus einem Paar von axial gegeneinander versetzten, auf axiale Rotorbewegungen entgegengesetzt reagierende Sensoren besteht und daß die Differenz der Ausgangssignale jedes Sensorpaares (43, 45 und 43′, 45′) als Ausgangssignal der Sensoranordnung dient.2. Magnetic bearing according to claim 1, characterized in that each of the four sensor arrangements ( 1 - 4 ) consists of a pair of axially offset, reacting to axial rotor movements opposite sensors and that the difference in the output signals of each pair of sensors ( 43 , 45 and 43 ' , 45 ') serves as the output signal of the sensor arrangement. 3. Magnetlager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangssignale des ersten und zweiten Regelverstärkers (7 oder 8) jeweils auch dem anderen Regelverstärker (8 oder 7) zugeführt werden (Kreuzkopplung).3. Magnetic bearing according to one of claims 1 or 2, characterized in that the input signals of the first and second control amplifier ( 7 or 8 ) are each also supplied to the other control amplifier ( 8 or 7 ) (cross coupling). 4. Magnetlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzkopplung mit zunehmender Drehzahl des Rotors erhöht wird.4. Magnetic bearing according to claim 3, characterized in that the cross coupling increases with increasing rotor speed becomes. 5. Magnetlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten und dem zweiten Regelverstärker (7, 8) Gleichspannungen zuführbar sind, um eine definierte Schiefstellung des Rotors zu erzielen. 5. Magnetic bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the first and the second control amplifier ( 7 , 8 ) direct voltages can be supplied in order to achieve a defined inclination of the rotor. 6. Magnetlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Permanentmagnet (82a) der radial magnetisch passiven Lagerung zugleich an der Bildung des Magnetfeldes beteiligt ist, das im Luftspalt (83), in den die Ringspalte (85) eintaucht, erzeugt ist.6. Magnetic bearing according to one of the preceding claims, characterized in that a permanent magnet ( 82 a) of the radially magnetically passive bearing is also involved in the formation of the magnetic field generated in the air gap ( 83 ) into which the annular gap ( 85 ) is immersed is.
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