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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Dämpfervorrichtung und eine Turbomolekularpumpe
mit einer solchen Dämpfervorrichtung
und insbesondere auf einen Dämpfermechanismus
zur passiven Dämpfung
von Schwingungen eines sich drehenden Gliedes, wie beispielsweise
einer sich drehenden Welle oder einer drehenden Maschine durch Verbrauch
von elektromagnetischen Verlusten.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Dämpfervorrichtungen,
die Magneten einsetzen, haben eine lange Geschichte, jedoch bleibt
viel zu verbessern, um Schwingungen mit magnetischen Dämpfervorrichtungen
zu verhindern oder zu dämpfen.
Wenn Magnetflüsse
in magnetischen Materialien gesteigert oder verringert werden, verursachen
sie einen Hystereseverlust, der wirksam zur Dämpfung von Vibrationen ist.
Jedoch hat ein solcher Hystereseverlust einen kleinen Effekt und
ist wirksam, um nur Schwingungen mit niedriger Frequenz zu dämpfen.
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Der
Effekt eines Wirbelstromverlustes nur zur Verhinderung oder zur
Dämpfung
von Vibrationen wird unten beschrieben. Eine Dämpfervorrichtung dient zur
Umwandlung von Schwingungsenergie in thermische Energie, um aufgebrachte
Schwingungen zu dämpfen.
Wenn eine Schwingung aufgebracht wird, verändert sie eine Magnetflussverteilung
oder eine Magnetflussdichte in einem elektrischen Leiter oder bewirkt,
dass ein elektrischer Leiter einen Magnetfluss unterbricht, was
eine elektromotorische Kraft zur Folge hat, die in dem elektrischen
Leiter erzeugt wird. Die erzeugte elektromotorische bzw. elektromotive
Kraft tritt in einer kurzgeschlossenen Schleife in dem elektrischen
Leiter auf, was einen Wirbelstrom I erzeugt. Wenn die kurzgeschlossene
Schleife einen Widerstand R hat, dann erzeugt der elektrische Leiter eine
thermische Energie, die dargestellt wird durch: I2·R
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Wenn
die erzeugte elektromotorische Kraft durch E gezeigt wird, dann
kann die erzeugte thermische Energie ausgedrückt werden durch: E2/R
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Da
die mechanische Schwingungsenergie in thermische Energie umgewandelt
wird, arbeitet der elektrische Leiter als ein Schwingungsdämpfer. Um den
Wirkungsgrad des Schwingungsdämpfers
zu steigern, ist es nötig,
die elektromotorische Kraft E zu steigern und den Widerstand R zu
verringern.
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Eine
einfachste herkömmliche
Form eines Schwingungsdämpfers
ist in 1 der beigefügten Zeichnungen
gezeigt. Wie in 1 gezeigt, weist der Schwingungsdämpfer einen
Magneten 1 und einen elektrischen Leiter 2 auf,
wobei einer davon mit einem schwingenden Körper und der andere mit einem stationären Körper verbunden
ist. Der Schwingungsdämpfer
dämpft
Schwingungen, die darauf aufgebracht werden, wie folgt: Wenn der
Schwingungsdämpfer
in Schwingung versetzt wird, bewegen der Magnet 1 und der
elektrische Leiter 2 sich relativ zueinander in den Richtungen,
die von den Pfeilen gezeigt werden, was einen Magnetflusspfad des
Magnetflusses Φ in
dem elektrischen Leiter 2 gemäß der Amplitude der Schwingung
verändert.
Anders gesagt, wenn der elektrische Leiter den Magnetfluss Φ oder die
Magnetflussdichte B in einem Bereich des elektrischen Leiters 2 nahe
dem Magnet 1 schneidet, verändert dies die Größe proportional
zur Amplitude der Schwingung. Wenn die Magnetflussdichte B somit
verändert
wird, entwickelt der elektrische Leiter eine abwechselnde elektromotorische
Kraft E proportional zur Veränderung
der Magnetflussdichte B, um Wirbelströme zu verursachen. Thermische
Energie, die von der mechanischen Schwingungsenergie umgewandelt
wurde, ist proportional zum Quadrat der Magnetflussdichte B. Um
die Magnetflussdichte in dem elektrischen Leiter 2 zu vergrößern, ist
es nötig, entweder
den elektrischen Leiter 2 nahe an den Magneten 1 zu
brin gen, oder einen Spalt zu reduzieren, wenn der elektrische Leiter 2 in
dem Spalt angeordnet ist. Da in jedem Fall der Leiterteil klein
ist, wo die Magnetflussdichte B groß ist, und ein Strom I senkrecht
zur Magnetflussdichte B in dem kleinen Leiterteil fließt, ist
der Pfad des Stroms I unvermeidlich schmal, was in äquivalenter
Weise eine Steigerung des äquivalenten
Widerstandes R zur Folge hat. Wenn der Spalt des Magnetflusspfades
aufgeweitet wird, um das Volumen des elektrischen Leiters 2 zu vergrößern, welches
in dem Spalt angeordnet wird, dann wird die Magnetflussdichte B
verringert.
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Um
den Wirkungsgrad der Dämpfervorrichtung
zu steigern, sollte der Leiterteil, wo der Wirbelstrom fließt, vergrößert werden,
um den Widerstand R zu verringern. Wenn der elektrische Leiter in
den Spalt des Magnetflusspfades gebracht wird, dann dient der Leiterteil
in dem Spalt als ein Engpass zur Steigerung des Wirbelstroms. Wenn
der Engpass vergrößert wird,
dann wird der Spalt aufgeweitet, was einen zunehmenden magnetischen
Widerstand und eine Verringerung der Magnetflussdichte B zur Folge hat.
Aus diesem Grund ist es nicht vorzuziehen, einen Spalt in dem Magnetflusspfad
vorzusehen und den elektrischen Leiter in dem Spalt anzuordnen.
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Es
folgt aus den obigen Betrachtungen, dass es vorzuziehen ist, eine
Vielzahl von Magnetflusspfaden für
eine Leiterschaltung bzw. einen Leiterkreislauf vorzusehen, um frei
auszuwählen,
und eine Struktur einzusetzen, die gestattet, dass die Magnetflusspfade
sich stark aufgrund der aufgebrachten Schwingungen verändern. Daher
muss eine Dämpfervorrichtung
von derartiger Struktur sein, dass längere und kürzere Spalte erzeugt werden,
wenn die Magnetflusspfade und der Magnet relativ durch die aufgebrachte
Schwingung verschoben werden, was die Magnetflusspfade stark verändert.
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Turbomolekularpumpen
haben sich bewegende Laufradschaufeln, die sich mit hoher Drehzahl drehen,
um ein Gas auszustoßen,
um dadurch ein Vakuum zu entwickeln. Einige auf einer Achse gesteuerte
Turbomolekularpumpen weisen passive stabile Radialmagnetlager mit
Permanentmagneten und aktiven Axialmagnetlagern auf. Diese Radial-
und Axialmagnetlager tragen eine drehbare Welle außer Kontakt
damit, um die Turbomolekularpumpen bei hoher Drehzahl betreibbar
zu machen, und um sie auch frei von Verunreinigung durch Schmieröl zu machen.
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Obwohl
die sich drehende Anordnung von solchen Turbomolekularpumpen gegen
eine radiale Bewegung und eine Kegelbewegung unter den Magnetkräften der
Permanentmagneten stabilisiert ist, ist irgendeine Dämpfung der
Schwingung der drehbaren Welle sehr klein. Es ist daher nötig, eine
radiale Hochleistungsdämpfervorrichtung
einzusetzen, um zu gestatten, dass die drehbare Welle durch die
Magnetlager getragen wird, um mit hoher Drehzahl zu drehen. Es ist
vorzuziehen, dass Turbomolekularpumpen zwei passive Radialmagnetlager
haben, die Permanentmagneten mit axial unterschiedlichen Positionen
aufweisen, und dass diese passiven Radialmagnetlager mit jeweiligen
Dämpfervorrichtungen
für die
Dämpfung
von radialen Schwingungen davon kombiniert werden.
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2(A) und 2(B) der
beigefügten
Zeichnungen zeigen eine bekannte Dämpfervorrichtung 26 zur
Anwendung mit einem solchen Magnetlager. Wie in den 2(A) und 2(B) gezeigt, ist die Dämpfervorrichtung 26 aus
einer laminierten Struktur, die eine axial abwechselnde Anordnung
der Dämpfungsplatten 26a aus
Gummi und Metallplatten 26b aufweist. Wegen der laminierten
Struktur ist die Dämpfervorrichtung 26 axial
nicht verschiebbar sondern ist radial bewegbar zur Aufnahme von
Schwingungen, die in radialer Richtung der Dämpfervorrichtung 26 aufgebracht
werden. Bei Turbomolekularpumpenanwendungen, wo die drehbare Achse
vertikal ist, werden sowohl die oberen als auch die unteren Magnetlager mit
solchen Dämpfervorrichtungen
kombiniert, um Radialschwingungen zu dämpfen, die auf die drehbare
Welle bei den oberen und unteren Magnetlagern aufgebracht werden.
Die oberen und unteren Magnetlager sollten ausreichend Schwingungen
in einem vollen Bereich von Drehzahlen dämpfen können, auch wenn der Schwingungsbetriebszustand
der drehbaren Welle variiert, die einen Rotor aufweist.
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Die
Dämpfervorrichtung 26,
die in den 2(A) und 2(B) gezeigt
ist, hat gewisse Nachteile. Die Steifigkeit und der Dämpfungseffekt
der Dämpfungsplatten 26a aus
Gummi werden progressiv verringert, wenn die Temperatur ansteigt.
Gummi hat statische und dynamische Steifigkeiten, die voneinander
abweichen, so dass die statische Steifigkeit ein Bruchteil der dynamischen
Steifigkeit ist. Wenn die dynamische Steifigkeit der Dämpfungsplatten 26a auf
einen Wert gesetzt ist, der effektiv zur Dämpfung von radialen Schwingungen
ist, dann wird die statische Steifigkeit der Dämpfungsplatten 26a einen
beträchtlich
kleinen Wert haben. Als eine Folge können Turbomolekularpumpen,
die die Dämpfervorrichtung 26 mit
einer solchen dynamischen Steifigkeitseinstellung aufweisen, nicht
in horizontal orientierten Einbauten verwendet werden, da die statische
Steifigkeit klein sein kann.
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Weiterhin
sei hingewiesen auf
JP
58 084 220 A , die ein in drei Achsen steuerbares Magnetlager
für ein
Gyroskop usw. aufweist, und zwar durch Anordnung eines in drei Achsen
gerichteten permanentmagnetfreien Magnetpfades zwischen die Joche
eines Rotorteils und eines Statorteils, um die Magnetflussfluktuation
folgend auf eine Verschiebung auszulöschen, und zwar durch eine
elektromagnetische Spule. Der magnetische Fluss φ
1 von
einem Permanentmagneten wird zurück
zum Südpol
durch den Nordpol, ein zweites Statorjoch, einen dritten freien
Magnetpfad, ein zweites Rotorjoch, ein erstes Rotorjoch, einen ersten
und zweiten freien Magnetpfad und ein erstes Statorjoch gebracht.
Von diesem Zustand, wenn ein Rotorteil nach unten verschoben wird,
wird die Differenz der Freiräume
zwischen dem ersten und dem zweiten magnetischen Pfad erzeugt bzw. bestimmt,
was eine Differenz der Magnetflussdichte verursacht, und zwar je
weiter die Verschiebung nach unten ist. Dieser Zustand wird mittels
eines Positionsdetektors detektiert, und elektrischer Strom wird
zu einer elektromagnetischen Spule geliefert, um den Magnetfluss
in dem zweiten freien Magnetpfad zu steigern, und der Rotor wird
zu seiner ursprünglichen Position
zurück
gebracht. Auch in der X- und Y-Achsenrichtung werden ein dritter
freier Magnetpfad und elektromagnetische Spulen in ähnlicher
Weise betrieben. Als eine Folge kann eine Achsen steuerung erreicht
werden, d.h. eine Steuerung der Schwingungsdrehung und der Schwingung.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Dämpfervorrichtung
nach den Ansprüchen
1, 2, 3 und 4 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden in den
Unteransprüchen
offenbart.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Dämpfervorrichtung
vorzusehen, die eine relativ einfache Struktur hat, und die besonders
effektiv ist, um Schwingungen zu dämpfen, und eine Turbomolekularpumpe,
die eine solche Dämpfervorrichtung
hat.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Turbomolekularpumpe
vorzusehen, die Magnetlager hat, die mit Dämpfervorrichtungen kombiniert
sind, die stabil eine drehbare Welle gegen Schwingungen bei verschiedenen
unterschiedlichen Temperaturen in unterschiedlichen Schwingungszuständen halten
kann.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Dämpfervorrichtung
vorgesehen, die einen Magneten mit Magnetpolen aufweist; mindestens
zwei Joche, die zu den Magnetpolen des Magneten über Spalte weisen; wobei der
Magnet und die mindestens zwei Joche zusammen einen Magnetflusskreislauf vorsehen,
so dass ein Magnetfluss, der von einem ersten Magnetpol des Magneten
fließt, über einen der
Spalte in Magnetflüsse
aufgeteilt wird, die in Eingangsseiten der Joche fließen, und
zurück
aus Austrittsseiten der Joche über
einen anderen der Spalte in einen zweiten Magnetpol des Magneten;
wobei mindestens zwei Joche mechanisch starr miteinander verbunden
sind; und Federmittel, die elastisch die Spalte zwischen dem Magnetpol
und den Seiten der Joche halten; wobei einer der Magnete und der
Joche geeignet ist, um mit einem schwingenden Glied verbunden zu
werden; wodurch wenn die Spalte unterschiedlich in der Länge durch
die Schwingungen des schwin genden Gliedes variiert werden, die aufgeteilten
Magnetflüsse
ebenfalls unterschiedlich verändert
werden, um Wirbelströme
in den Jochen und den Magnetpolen zu erzeugen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist auch eine Dämpfervorrichtung
vorgesehen, die einen ringförmigen
Magneten aufweist, der in einer Axialrichtung davon magnetisiert
ist; ein Paar von ringförmigen
Magnetpolen, die auf jeweiligen gegenüberliegenden Enden des ringförmigen Magneten
angeordnet sind; ein ringförmiges
Joch, welches entweder in dem ringförmigen Magneten oder um diesen
herum angeordnet ist, wobei ein ringförmiger Spalt dazwischen angeordnet
ist, wobei das ringförmige
Joch magnetisch die ringförmigen
Magnetpole miteinander verbindet; und Federmittel, die elastisch
den ringförmigen
Spalt halten; wobei der ringförmige
Magnet oder die ringförmigen
Joche geeignet sind, um mit einem schwingenden Glied verbunden zu
werden; wodurch wenn der ringförmige
Spalt in Umfangsrichtung bezüglich
der Länge
durch die Schwingung des schwingenden Gliedes variiert wird, ein
Magnetfluss, der von dem ringförmigen
Magneten erzeugt wird, bezüglich
des Pfades verlängert
wird, um Wirbelströme
in den Jochen und den Magnetpolen zu erzeugen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist auch eine Dämpfervorrichtung
vorgesehen, die einen ringförmigen
Magneten aufweist, der radial quer zu einer Achsenrichtung davon
magnetisiert ist; ein Paar von ringförmigen Magnetpolen, die auf
jeweiligen gegenüberliegenden
Enden des ringförmigen
Magneten angeordnet sind; und ein Paar von ringförmigen Jochen, die in sandwichartiger
Beziehung zu dem ringförmigen
Magneten angeordnet sind, wobei ein Paar von jeweiligen ringförmigen Spalten
dazwischen angeordnet ist, wobei die ringförmigen Joche magnetisch die
ringförmigen
Magnetpole miteinander verbinden; wobei der ringförmige Magnet,
die ringförmigen
Magnetpole und die ringförmigen
Joche zusammen eine Magnetschaltung vorsehen, so dass ein Magnetfluss,
der von einem Nordpol des ringförmigen
Magneten durch einen der Magnetpole fließt, an den Spalten in Magnetflüsse aufgeteilt
wird, die in die Eingangsseiten der Joche fließen, und zurück von den
Ausgangs seiten der Joche über
die Spalte in einen Südpol
des Magneten durch den anderen der Magnetpole; wobei die ringförmigen Joche
starr miteinander verbunden sind; Federmittel, die elastisch die
ringförmigen
Spalte halten; wobei der ringförmige Magnet
oder die ringförmigen
Joche geeignet sind, um mit einem schwingenden Glied verbunden zu werden,
welches in der axialen Richtung in Schwingung versetzt werden kann;
wodurch wenn die ringförmigen
Spalte unterschiedlich bezüglich
der Länge durch
eine Schwingung des schwingenden Gliedes variiert werden, die aufgeteilten
Magnetflüsse
verändert
werden, um Wirbelströme
in den Jochen und den Magnetpolen zu erzeugen.
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Entweder
das Joch oder der Magnet mit den Magnetpolen wird an einer drehbaren
Position montiert, um die Schwingungen einer Vorrichtung zu dämpfen, und
der Rest wird an einer stationären
Position montiert, so dass die Federmittel von den stabilen Federcharakteristiken
der Vorrichtung abhängen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist weiterhin eine Dämpfervorrichtung
vorgesehen, die einen Magneten aufweist; ein Paar von Magnetpolen, die
an den Magneten befestigt sind; und mindestens ein Joch mit Oberflächen, die
von den Magnetpolen beabstandet sind und zu diesen weisen; wobei
der Magnet, die Magnetpole und die Joche zusammen einen schleifenförmigen Magnetflusskreislauf
vorsehen, so dass ein Magnetfluss, der durch den Magneten erzeugt
wird, von einem der Magnetpole in das Joch fließt, durch das Joch fließt, aus
dem Joch in den anderen der Magnetpole fließt und zurück in den Magneten fließt; wodurch
eine Veränderung
des magnetischen Flusses, der durch eine schwingungsabhängige Veränderung
der Distanz zwischen den Magnetpolen und dem Joch verursacht wird,
einen Wirbelstromverlust darin erzeugt, und wobei der veränderte Teil
des Magnetflusses in die Magnetpole und das Joch außerhalb
des Magneten fließt.
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Die
Magnetpole oder das Joch können
eine zylindrische Form oder eine ebene Form haben. Sie weisen ein
einziges Glied oder eine Vielzahl von e lektrisch isolierten parallelen
Gliedern auf. Das zylindrisch geformte Glied hat einen Radius oder
das eben geformte Glied hat eine Dicke, die ungefähr zweimal
die Hauttiefe bzw. Eindringungstiefe δ ist, die durch eine zu dämpfende
Frequenz f bestimmt wird, und eine Permeabilität und eine Leitfähigkeit der
Magnetpole oder des Joches.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist eine Turbomolekularpumpe vorgesehen, die eine drehbare
Welle mit einer Vielzahl von Laufradschaufeln hat, und einen Rotorteil
eines Motors, der auf der drehbaren Welle montiert ist; und radiale
und axiale Lager, um drehbar die drehbare Welle zu tragen, wobei
die radialen Lager zwei axial beabstandete passive Magnetlager aufweisen,
die jeweils Permanentmagneten haben, und wobei jedes der passiven
Magnetlager eine Wirbelstromdämpfervorrichtung
zur Dämpfung
von radialen Schwingungen aufweist.
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Die
Wirbelstromdämpfervorrichtung
kann ein festes Glied aufweisen, welches an einem stationären Glied
festgelegt ist, und ein bewegbares Glied, welches axial unbeweglich
und radial beweglich ist, das an dem stationären Glied der passiven Magnetlager
festgelegt ist, wobei das festgelegte Glied oder das bewegbare Glied
einen Permanentmagneten und darauf montierte Magnetpole aufweisen,
und wobei das andere Glied, d.h. das feste Glied oder das bewegbare
Glied, ein Joch aufweist; wodurch ein magnetischer Fluss, der durch
den Permanentmagneten erzeugt wird, einen Wirbelstromverlust in
den Jochen und den Magnetpolen durch eine Schwingung des schwingenden
Gliedes erzeugt, wobei eine Schleife von Magnetflüssen aus
dem Permanentmagneten gebildet wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist auch eine Turbomolekularpumpe vorgesehen, die eine drehbare
Welle aufweist, die Laufradschaufeln und einen Rotorteil eines Motors
hat, der einen Rotor aufweist, der auf der drehbaren Welle montiert
ist; und eine Vielzahl von Lagern, um drehbar die drehbare Welle
zu tragen, wobei die Lager passive Radialmagnetlager aufweisen,
die jeweils Permanentmagneten haben, und wobei jedes der passiven
Magnet lager eine Wirbelstromdämpfervorrichtung
aufweist, um eine radiale Schwingung zu dämpfen.
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Die
obigen und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden offensichtlicher aus der folgenden Beschreibung,
wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gesehen wird,
in denen die bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung veranschaulichend gezeigt sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Dämpfervorrichtung;
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2(A) und 2(B) sind
Querschnittsansichten einer herkömmlichen
Dämpfervorrichtung
mit laminiertem Gummi, wobei 2(A) die
herkömmliche Dämpfervorrichtung
aus laminiertem Gummi zeigt, die frei von radialer Verschiebung
ist, und wobei 2(B) die herkömmliche
Dämpfervorrichtung
aus laminiertem Gummi zeigt, die radial verschoben ist;
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3(A), 3(B) und 3(C) sind Querschnittsansichten von einer
Dämpfervorrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei die Ansichten unterschiedliche
betriebliche Positionen der Dämpfervorrichtung
zeigen;
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3(D), 3(E) und 3(F) sind schematische Ansichten, die Kreislaufflüsse und
elektromotorische Kräfte
in der Dämpfervorrichtung
in den jeweiligen Betriebspositionen zeigen, die in den 3(A), 3(B) und 3(C) gezeigt sind;
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4 ist
eine Querschnittsansicht einer Dämpfervorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5(A) ist eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht
von einer ringförmigen
Dämpfervorrichtung
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5(B) ist eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht
einer Modifikation der ringförmigen Dämpfervorrichtung,
die in 5(A) gezeigt ist;
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6(A) und 6(B) sind
Querschnittsansichten, die zeigen, wie sich die Magnetflüsse verändern und
Wirbelströme
in der ringförmigen
Dämpfervorrichtung
erzeugt werden;
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7 ist
eine teilweise aufgeschnittene Perspektvansicht einer ringförmigen Dämpfervorrichtung gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine bruchstückhafte
Ansicht einer ringförmigen
Dämpfervorrichtung
gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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9(A) und 9(B) sind
Querschnittsansichten einer Drei-Achsen-Dämpfervorrichtung
gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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10 ist
eine schematische Ansicht von ersten und zweiten experimentellen
Dämpfervorrichtungen;
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11 ist
eine Abbildung, die eine Schwingungswellenform einer Blattfeder
zeigt, die nicht mit irgendeiner Dämpfervorrichtung kombiniert
ist;
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12 ist
eine Darstellung, die eine Schwingungswellenform einer Blattfeder
zeigt, die mit einer Dämpfervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung kombiniert ist;
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13 ist
eine Abbildung, die die Beziehung zwischen der Hauttiefe bzw. Eindringungstiefe
und dem Dämpfungswirkungsgrad
pro Querschnittsbereich zeigt;
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14 ist
eine Perspektivansicht einer Dämpfervorrichtung
mit einer Vielzahl von elektrisch isolierten Magnetschaltungen gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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15 ist
eine axiale Querschnittsansicht einer Turbomolekularpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung;
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16 ist
eine Ansicht einer Wirbelstromdämpfervorrichtung
gemäß einem
achten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, die in der in 15 gezeigten
Turbomolekularpumpe vorgesehen ist;
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17 ist
eine Querschnittsansicht der in 16 gezeigten
Wirbelstromdämpfervorrichtung;
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18 ist
eine teilweise aufgeschnittene Perspektivansicht der in 16 gezeigten
Wirbelstromdämpfervorrichtung;
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19 ist
eine Querschnittsansicht, die die Art und Weise zeigt, in der die
Magnetflüsse
in die Wirbelstromdämpfervorrichtung
fließen,
die in 16 gezeigt ist;
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20(A) ist eine Ansicht einer Wirbelstromdämpfervorrichtung
gemäß einem
neunten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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20(B) ist eine Querschnittsansicht der
in 20(A) gezeigten Wirbelstromdämpfervorrichtung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Erstes Ausführungsbeispiel
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Die 3(A)–3(F) zeigen eine Dämpfervorrichtung gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung. Die Dämpfervorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
hat eine Magnetschaltung zur Aufteilung eines Magnetflusses in zwei
Magnetflüsse.
Wie in den 3(A)–3(C) gezeigt,
weist die Dämpfervorrichtung
einen Permanentmagneten 11 in Form eines rechteckigen Parallelepipedes
auf, ein Paar von Magnetpolen 12, die an dem Permanentmagneten 11 montiert
sind, und ein Paar von C-förmigen
Jochen 13, die auf jeder Seite der Magnetpole 12 mit
dazwischen definierten Spalten S angeordnet sind. Ein Magnetfluss,
der durch den Permanentmagneten 11 erzeugt wird, wird in zwei
Magnetflüsse
aufgeteilt, die in den jeweiligen Jochen 13 fließen.
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Insbesondere
ist der Permanentmagnet 11 wie gezeigt magnetisiert, und
die Magnetpole 12 sind fest an jeweiligen entgegengesetzten
Enden des Permanentmagneten 11 montiert, wobei der Magnetpol 12 aus
einem magnetischen Material gemacht ist, wie beispielsweise magnetischem
Weicheisen, und wobei er jeweils Nord- und Südpole vorsieht. Die Joche 13 sind
von den jeweiligen Seiten der Magnetpole 12 über Spalte
S beabstandet. Die Joche 13 sind auch aus einem magnetischen
Material gemacht, wie beispielsweise aus magnetischem Weicheisen.
Da sowohl die Magnetpole 12 als auch die Joche 13 aus einem
elektrischen Leiter mit hoher Permeabilität gemacht sind, dienen die
Magnetpole 12 und die Joche 13 als ein Pfad für einen
Wirbelstrom. Ein Kupferring kann über jedes der Joche 13 gepasst
werden, um einen Pfad für
einen Wirbelstrom vorzusehen.
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Die
Ableitung eines Magnetflusses, der durch den Permanentmagneten 11 erzeugt
wird, wird unten beschrieben. Der Permanentmagnet 11 und die
Magnetpole 12 sind an einem Objekt befestigt, dessen Schwingung
zu dämpfen
ist, und die Joche 13 sind an einem stationären Glied
nahe dem Objekt befestigt. Wenn der Permanentmagnet 11 und
die Magnetpole 12 nicht schwingen, werden sie nicht relativ
zu den Jochen 13 verschoben, wie in 3(A) gezeigt,
und ein Magnetfluss 2Φ von
dem Permanentmagneten 11 wird in gleiche Magnetflüsse Φ aufgeteilt,
die in den Jochen 13 fließen. Zu diesem Zeitpunkt fließt kein
zirkulierender Magnetfluss in den Magnetpolen 12 und den
Jochen 13, wie in 3(D) gezeigt.
Es wird angenommen, dass der Permanentmagnet 11 und die
Magnetpole 12 in den Richtungen schwingen, die durch die
Pfeile in 3(A) gezeigt werden. Wenn
der Permanentmagnet 11 und die Magnetpole 12 nach
links verschoben werden, wie in 3(B) gezeigt,
was den Spalt S auf der linken Seite reduziert und den Spalt S auf
der rechten Seite vergrößert, wird
ein Magnetfluss 2Φ vom
Permanentmagneten 11 in einen Magnetfluss Φ + ΔΦ, der in dem
linken Joch 13 fließt,
und einen Magnetfluss Φ – ΔΦ aufgeteilt,
der in dem rechten Joch 13 fließt. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein umlaufender
Magnetfluss ΔΦ gegen den
Uhrzeigersinn in den Magnetpolen 12 und den Jochen 13,
wie in 3(E) gezeigt. Wenn der Permanentmagnet 11 und
die Magnetpole 12 nach rechts verschoben werden, wie in 3(C) gezeigt, was den linken Spalt S vergrößert und
den rechten Spalt S verkleinert, wird ein Magnetfluss 2Φ vom Permanentmagneten 11 in
einen Magnetfluss Φ – ΔΦ, der in
dem linken Joch 13 fließt, und einen Magnetfluss Φ + ΔΦ aufgeteilt,
der in dem rechten Joch 13 fließt. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein umlaufender Magnetfluss ΔΦ im Uhrzeigersinn
in den Magnetpolen 12 und den Jochen 13, wie in 3(E) gezeigt. Die 3(E) und 3(F) zeigen auch elektromotorische Kräfte E, die
um den umlaufenden Magnetfluss ΔΦ erzeugt
werden, und zwar in einer Richtung, um die Veränderung des umlaufenden Magnetflusses ΔΦ zu behindern.
Wenn daher der Permanentmagnet 11 und die Magnetpole 12 mit
Bezug zu den Jochen 13 in Schwingung versetzt werden, fließt der umlaufende
Magnetfluss ΔΦ durch einen
umlaufenden Pfad, der von den Magnetpolen 12 und den Jochen 13 definiert
wird, was die elektromotorischen Kräfte E durch den umlaufenden
Pfad um den umlaufenden Magnetfluss ΔΦ erzeugt.
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Wenn
die Spalte S klein sind, dann hat die Dämpfervorrichtung als elektrische
Schaltung eine große
Induktivität
und kann einen verringerten Dämpferwirkungsgrad
haben. In einem solchen Fall ist kein Kupferring auf den Jochen 13 erforderlich, und
die Joche 13 selbst reichen als Glieder zur Erzeugung von
Wirbelströmen
darin. Da die Joche 13 als Glieder zur Erzeugung von Wirbelströmen darin dienen,
sollten sie vorzugsweise eine hohe Perme abilität und eine hohe Leitfähigkeit
und eine adäquate Dicke
haben. Ohne irgendwelche Kupferringe sind die Joche 13 besonders
einfach bezüglich
Struktur und Material und können
kostengünstig
hergestellt werden.
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Die
Dämpfervorrichtung
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
hat eine negative Steifigkeit gegen eine Relativverschiebung wegen
des Permanentmagneten 11. Daher muss die Dämpfervorrichtung
mechanisch bezüglich
der Steifigkeit verstärkt werden,
wie beispielsweise durch eine Metallfeder oder einen viskoelastischen
Film, wie beispielsweise ein Gummiflächenelement, das in jedem der
Spalte S angeordnet ist.
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In
den 3(A)–3(C) können die
untere Spalte S weggelassen werden, und der untere Magnetpol 12 kann
direkt mit den Jochen 13 gekoppelt sein, wobei die Joche 13 ausgedünnt werden,
um elastisch verformbar zu sein. Jedoch ist eine solche modifizierte
Dämpfervorrichtung
weniger effektiv zur Dämpfung
von Schwingungen, weil der Magnetfluss, der durch den Permanentmagneten 11 erzeugt
wird, nur durch die oberen Spalte S aufgeteilt wird. Alternativ
können
die unteren Jocharme mit dem unteren Magnetpol 12 gekoppelt
sein, wobei ein Spalt zwischen dem unteren Magnetpol 12 und
dem Permanentmagneten 11 definiert ist. Der Spalt kann
mit einem elastischen Glied gefüllt
werden, um mechanisch den unteren Magnetpol 12 und den
Permanentmagneten 11 zu stabilisieren. Obwohl der Ursprung der
Relativpositionen des unteren Magnetpols 12 und des Permanentmagneten 11 gegenüber ihrem Symmetriepunkt
verschoben sein kann, tritt kein Problem auf, weil der untere Magnetpol 12 und
der Permanentmagnet 11 um den verschobenen Ursprung der
Relativpositionen schwingen werden.
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Zweites Ausführungsbeispiel
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4 zeigt
eine Dämpfervorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Die Dämpfervorrichtung gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
hat eine Magnetschaltung zur Aufteilung eines magnetischen Flusses
in vier magnetische Flüsse.
Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
weist die Dämpfervorrichtung
einen Permanentmagneten 11 auf, darauf montierte Magnetpole 12 und
vier C-förmige
Joche 13, die um den Permanentmagneten 11 herum
und die Magnetpole 12 angeordnet sind. Die Dämpfervorrichtung
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
dient zur Dämpfung
von Schwingungen, die in zwei Richtungen aufgebracht werden, wie
von den Pfeilen X, Y gezeigt. Der Magnetfluss, der von dem Permanentmagneten 11 erzeugt
wird, wird aufgeteilt, um in die rechten und linken Joche 13 in
X-Richtung zu fließen.
Auch wird der Magnetfluss, der von dem Permanentmagneten 11 erzeugt
wird, aufgeteilt, so dass er in die Joche der oberen und unteren
Seite in Y-Richtung fließt.
Daher fließt
der Magnetfluss, der von dem Permanentmagneten 11 erzeugt
wird, in die vier Joche in zwei Richtungen, wie beispielsweise den
X- und Y-Richtungen gemäß dem in 4 gezeigten
zweiten Ausführungsbeispiel.
Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
können
daher Schwingungen eines Objektes in zwei senkrechten Richtungen,
wie beispielsweise den X- und Y-Richtungen unter Verwendung des
einzelnen Permanentmagneten 11 gedämpft werden. Wie in 4 gezeigt,
sind die vier Joche fest relativ zueinander durch eine ringförmige Befestigung 14 gesichert.
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Der
Magnetfluss, der von dem Permanentmagneten erzeugt wird, kann in
drei oder fünf
oder mehr magnetische Flüsse
aufgeteilt werden. Zur Aufteilung des magnetischen Flusses in mehr
als zwei magnetische Flüsse
kann ein hohles kugelförmiges oder
zylindrisches Joch eingesetzt werden, und ein zylindrischer Permanentmagnet
und zylindrische Permanentmagnetpole können in ein mittleres zylindrisches
Loch eingeführt
werden, das in dem hohlen kugelförmigen
oder zylindrischen Joch definiert ist. Ein mechanischer Federmechanismus
ist erforderlich, um Spalte zwischen dem Joch und den Magnetpolen
zu halten.
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Drittes Ausführungsbeispiel
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5(A) zeigt eine ringförmige Dämpfervorrichtung gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung. Die ringförmige Dämpfervorrichtung gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
dient zur Dämpfung
von Schwingungen, die in der radialen Richtung aufgebracht wurden.
Wie an 5(A) gezeigt, weist die ringförmige Dämpfervorrichtung
einen axial magnetisierten zylindrischen Permanentmagneten 21 mit
einem mittleren axialen Loch auf, das darin zum Einführen von
beispielsweise einer drehbaren Welle dort hinein definiert ist,
deren Schwingung zu dämpfen
ist. Die ringförmige Dämpfervorrichtung
hat auch ein Paar von flachen ringförmigen Magnetpolen 22,
die jeweils an axial gegenüberliegenden
Enden des Permanentmagneten 21 montiert sind. Die Magnetpole 22 haben
Außenumfangsflächen (Magnetpolflächen) 22a,
die die gleiche Oberfläche
mit der äußeren zylindrischen
Oberfläche
des Permanentmagneten 21 haben. Die Magnetpole 22 sind
aus einem magnetischen Material gemacht, wie beispielsweise magnetischem
Weicheisen. Die ringförmige
Dämpfervorrichtung
weist weiter ein zylindrisches Joch 23 auf, das um den
Permanentmagneten 21 und die Magnetpole 22 herum
angeordnet ist. Das zylindrische Joch 23 ist geeignet, um
an einem stationären
Glied der sich drehenden Maschine befestigt zu werden. Das zylindrische
Joch 23 hat radial innere obere und untere Flansche mit
jeweiligen inneren Umfangsflächen 23a,
die in radial gegenüberliegender
Beziehung zu den äußeren Umfangsflächen 22a der
Magnetpole 22 über
Spalte sind. Magnetische Flüsse
fließen
von dem Nordpol des Permanentmagneten 21 durch den oberen
magnetischen Pol 22, den oberen Spalt, das zylindrische Joch 23,
den unteren Spalt und den unteren Magnetpol 22 zurück in den
Südpol
des Permanentmagneten 21.
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5(B) zeigt eine Modifikation der ringförmigen Dämpfervorrichtung,
die in 5(A) gezeigt ist. In 5(B) haben die Magnetpole 22,
die an den axialen Enden eines Permanentmagneten 21 montiert
sind, jeweilige Außenumfangsflächen (Magnetpoloberflächen) 22a,
die radial nach außen über die äußere zylindrische
Fläche
des Permanentmagneten 21 vorstehen. Die äußeren Umfangsflächen 22a weisen
zu einer inneren Umfangsfläche
eines zylindrischen Joches 23 an seinen oberen und unteren
Enden.
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Magnetflüsse, die
durch die in den 5(A) und 5(B) gezeigte ringförmige Dämpfervorrichtung fließen, werden
unten beschrieben. Die 6(A) und 6(B) zeigen eine ringförmige Dämpfervorrichtung mit einem äußeren zylindrischen
Permanentmagneten 22 und einem inneren zylindrischen Joch 23,
das in dem äußeren zylindrischen
Permanentmagneten 22 angeordnet ist, wobei ein Spalt S
dazwischen definiert ist. In 6(A) ist
der äußere zylindrische
Permanentmagnet 22 nach links mit Bezug zum inneren zylindrischen
Joch 23 verschoben. In 6(B) ist
der äußere zylindrische
Permanentmagnet 22 nach rechts mit Bezug zum inneren zylindrischen
Joch 23 verschoben. In den 6(A) und 6(B) sind die Magnetflussveränderungen ΔΦ durch Pfeile
mit durchgezogener Linie gezeigt, und Wirbelströme sind mit gestrichelten Pfeilen
gezeigt. Wenn der äußere zylindrische
Permanentmagnet 22 nicht mit Bezug zum inneren zylindrischen
Joch 23 verschoben ist, sondern zentral darin angeordnet
ist, ist der Spalt S in voller Umfangsrichtung gleichförmig. Daher
fließen
Magnetflüsse Φ von dem äußeren zylindrischen
Permanentmagneten 22 in das innere zylindrische Joch 23 über die
kürzesten
Distanzen, und sind daher axial symmetrisch und radial gleichförmig verteilt,
dann ergibt es keinen Magnetfluss in Umfangsrichtung. Wenn der äußere zylindrische
Permanentmagnet 22 nach links mit Bezug zum inneren zylindrischen
Joch 23 verschoben ist, wie in 6(A) gezeigt,
ist der Spalt auf seiner linken Seite breiter und auf seiner rechten
Seite schmaler. Die Flussdichte ist maximal an dem Spalt auf der
rechten Seite. Da Magnetflüsse dazu
tendieren, sich nahe dem Spalt auf der rechten Seite zu konzentrieren,
steigert sich der Magnetwiderstand nahe dem Spalt auf der rechten
Seite äquivalent.
Daher konzentrieren sich nicht alle Magnetflüsse nahe dem Spalt auf der
rechten Seite, sondern Magnetflüsse
werden entlang des gesamten Umfangs des äußeren zylindrischen Permanentmagneten 22 und
des inneren zylindrischen Jochs 23 verteilt. 6(B) zeigt ein umgekehrtes Muster von
Magnetflüssen,
die fließen,
wenn der äußere zylindrische
Permanentmagnet 22 nach rechts mit Bezug zum inneren zylindrischen
Joch 23 verschoben ist.
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Wenn
entsprechend der äußere zylindrische Permanentmagnet 22 nach
links mit Bezug zum inneren zylindrischen Joch verschoben ist, dann
werden die Magnetflüsse
auf Φ + ΔΦ auf der
rechten Seite des inneren zylindrischen Jo ches 23 gesteigert
und sie werden auf Φ – ΔΦ in dem
linken Joch 23 verringert. Und wenn der äußere zylindrische
Permanentmagnet 22 zur rechten Seite mit Bezug zum inneren zylindrischen
Joch verschoben ist, dann werden die Magnetflüsse auf Φ + ΔΦ in der linken Seite des inneren
zylindrischen Joches 23 gesteigert und werden auf Φ – ΔΦ auf der
rechten Seite des Joches 23 verringert. Als eine Folge
fließt
die Magnetflussveränderung ΔΦ nur in
den Magnetpolen 22 und dem Joch 23, wie in den 6(A) und 6(B) gezeigt,
und zwar gemäß den Schwingungen
in der Richtung von links nach rechts.
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Die
Veränderung ΔΦ der Magnetflüsse, die nicht
durch den Permanentmagneten fließen, werden unten beschrieben.
In 6(A) fließt die Magnetflussveränderung ΔΦ im Kreislauf
in der geschlossenen Schleife wie folgt. Sie fließt vom Joch 23 auf
seiner linken Seite zum Magnetpol 22 auf der linken Seite über den
erweiterten Spalt S, sie fließt
in Umfangsrichtung an zwei Pfaden entlang dem ringförmigen Magnetpol 22 zur
rechten Seite des Magnetpols 22, fließt zum Joch 23 auf
der rechten Seite über
dem schmalen Spalt, fließt
axial in der Richtung nach unten zu dem (nicht gezeigten) unteren
Joch auf der rechten Seite, fließt zu dem (nicht gezeigten)
unteren Magnetpol über
den schmalen Spalt, fließt
in Umfangsrichtung in zwei Pfaden entlang dem (nicht gezeigten)
unteren Magnetpol zur linken Seite, fließt in dem (nicht gezeigten)
unteren Joch über
den erweiterten Spalt S und fließt axial in der Richtung nach oben
zum Joch 23 auf der linken Seite (Anfangsposition). In 6(B) fließt die Magnetflussveränderung ΔΦ in der
entgegengesetzten Richtung wie in 6(A),
wie oben beschrieben. Die Magnetflussveränderung ΔΦ wird zu dem gleichförmig verteilten Magnetfluss Φ hinzuaddiert,
was den Magnetfluss an dem schmaleren Spalt steigert. Wenn der Magnetpol nicht
ringförmig
ist, fließt
die Magnetflussveränderung ΔΦ hin und
her durch die Magnetpole und wird weithin in den Jochen und den
Magnetpolen verteilt. Daher werden große Wirbelströme in den
Magnetpolen 22 und in dem Joch 23 selbst erzeugt,
und die Wirbelströme
können
leicht selbst fließen.
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Viertes Ausführungsbeispiel
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7 zeigt
eine ringförmige
Dämpfervorrichtung
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
weist die ringförmige
Dämpfervorrichtung
eine Axialdämpfervorrichtung
mit einem radial magnetisierten ringförmigen Permanentmagneten auf.
Insbesondere hat die ringförmige
Dämpfervorrichtung
einen flachen ringförmigen
Permanentmagneten 31, ein Paar von ringförmigen Magnetpolen 32a, 32b,
die jeweils an den inneren und äußeren Umfangsflächen des
ringförmigen
Permanentmagneten 31 montiert sind, und ein Paar von oberen
und unteren C-förmigen
ringförmigen
Jochen 33 mit Flanschen, die zu den Magnetpolen 32a, 32b weisen.
Die oberen und unteren Joche 33 sind aneinander durch eine
physikalische Verbindung 34 befestigt, und sind daher mechanisch
integral miteinander. Ein Magnetfluss, der von dem Permanentmagneten 31 erzeugt wird,
fließt
von seinem Nordpol radial nach innen in den Magnetpol 32a,
fließt
axial über
die Spalte in die Joche 33, fließt dann radial nach außen durch
die Joche 33, fließt
axial über
die Spalte in den Magnetpol 32b und fließt dann
radial nach innen in den Südpol des
Permanentmagneten 31. Wenn entweder der Permanentmagnet 31 oder
die Joche 33 festgelegt sind, und das andere Teil bewegbar
ist, dann werden, wenn das bewegbare Glied axial in Schwingungen versetzt
wird, die Spalte variiert, was eine Veränderung ΔΦ des Magnetflusses variiert,
der durch die Joche 33 und die Magnetpole 32a, 32b fließt, so dass Wirbelströme in den
Jochen 33 und den Magnetpolen 32a, 32b erzeugt
werden. Der ringförmige
Permanentmagnet 31 kann eine nicht einheitliche Struktur sein,
sondern kann eine Vielzahl von Magnetteilen aufweisen, die an ihren
Polen verbunden sind. Der Permanentmagnet 31 kann kreisförmig sein
oder nicht, kann jedoch eine ebene Schleifenform haben, wie eine
schleifenförmige
rechteckige Form.
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Fünftes Ausführungsbeispiel
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Gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung wird eine Feder eingesetzt, um eine stabile
Steifigkeit für
die Magnetpole und die Joche zu ergeben, da magnetische Anzugskräfte zwischen
den Magnetpolen und den Jochen wirken.
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8 zeigt
eine ringförmige
Dämpfervorrichtung
gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Wie in 8 gezeigt,
wird die ringförmige
Dämpfervorrichtung über die äußere Laufbahn
eines Kugellagers 4 gepasst, um radiale Schwingungen zu
absorbieren, die auf einen Rotor 3 aufgebracht werden,
der in der inneren Laufbahn des Kugellagers 4 montiert
ist. Die ringförmige
Dämpfervorrichtung
weist einen ringförmigen
Permanentmagneten 35 auf, der an einem stationären Glied
festgelegt ist, und ein ringförmiges
Joch 37, das radial innerhalb des Permanentmagneten 35 angeordnet
ist. Die ringförmigen
Magnetpole 36 sind auf jeweiligen axialen Enden des Permanentmagneten 35 montiert. Ein
elastischer Film 38 ist als eine mechanische Feder in einem
Spalt zwischen den Magnetpolen 36 und dem Joch 37 angeordnet.
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Gemäß einer
Modifikation kann die innere Laufbahn des Kugellagers 4 über ein
ringförmiges Joch
gepasst werden, wie in den 5(A) und 5(B) gezeigt. Das ringförmige Joch kann vorzugsweise auf
einem schwingenden Glied montiert sein, wenn das Kugellager nicht
durch den Permanentmagneten magnetisiert werden sollte.
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Sechstes Ausführungsbeispiel
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Die 9(A) und 9(B) zeigen
eine Drei-Achsen-Dämpfervorrichtung
gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Gemäß dem sechsten
Ausführungsbeispiel
hat die Drei-Achsen-Dämpfervorrichtung
einen einzigen Permanentmagneten 41, Magnetpole 42,
die jeweils auf gegenüberliegenden
Enden des Permanentmagneten 41 montiert sind, und Joche 43,
die zu den Magnetpolen 42 über schräge Spalte hin weisen. Während die
schrägen
Spalte in gewisser Weise den Wirkungsgrad der Dämpfervorrichtung verringern,
machen die schrägen
Spalte die Dämpfervorrichtung dahingehend
wirksam, dass sie Schwingungen in drei Richtungen mit dem einzigen
Permanentmagneten 41 dämpfen.
Wie in 9(B) gezeigt, wird der magnetische
Fluss, der von dem Permanentmagneten 41 erzeugt wird, in
magnetische Flüsse über die diagonalen
Spalte aufgeteilt, wenn die Magnetpole 42 vertikal relativ
zu den Jochen 43 verschoben werden, und eine Magnetflussveränderung ΔΦ fließt entlang
eines 8-förmigen
umlaufenden Pfades außerhalb
des Permanentmagneten 41, wie von den Pfeilen mit doppelten
Linien gezeigt, so dass die Anordnung keinen Effekt auf die horizontale
Bewegung der Magnetpole 42 relativ zu den Jochen 43 hat.
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Ein
Schwingungsdämpfungseffekt
einer Dämpfervorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung basierend auf den Prinzipien der vorliegenden Erfindung
wird unten beschrieben. 10 zeigt schematisch
erste und zweite experimentelle Dämpfervorrichtungen, die in
einem Experiment für
den Schwingungsdämpfungseffekt
verwendet werden. Jede der ersten und zweiten experimentellen Dämpfervorrichtungen
wies eine vertikale kantileverartig aufgehängte Platte 50 aus
rostfreiem Stahl auf, wobei ein oberes Ende an einem stationären Glied
befestigt ist, und wobei ein Paar von C-förmigen Jochen 53 auf
einem unteren freien Ende der vertikalen kantileverartig aufgehängten Platte 50 montiert
ist. Die erste experimentelle Dämpfervorrichtung
hatte auch einen Permanentmagneten 51 und Magnetpole 52, die
zwischen den Jochen 53 angeordnet sind, wie in den 3(A)–3(C) gezeigt. Der zweiten experimentellen
Dämpfervorrichtung
fehlte der Permanentmagnet 51 und die Magnetpole 52.
In den ersten und zweiten experimentellen Dämpfervorrichtungen zeigte die
vertikale kantileverartig aufgehängte
Platte 50 mechanische Wiedergewinnungssteifigkeit und diente
als ein Federelement, welches schwingt.
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Wenn
die zweite experimentelle Dämpfervorrichtung
durch einen äußeren Schlag
durch einen Stoßhammer
in Schwingung gesetzt wurde, die darauf aufgebracht wurde, wurden
Schwingungen der Joche 53 durch einen (nicht gezeigten)
Spaltsensor detektiert. 11 zeigt
die Amplitude der detektierten Schwingungen, wie sie mit der Zeit
variiert. Es ist aus 11 zu sehen, dass die Schwingungen schlecht
gedämpft
wurden, und dass das Dämpfungsverhältnis ζ ungefähr 0,0015
war.
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Wenn
die erste experimentelle Dämpfervorrichtung
durch einen äußeren darauf
aufgebrachten Schlag durch einen Stoßhammer in Schwingung versetzt
wurde, wurden Schwingungen der Joche 53 durch einen (nicht
gezeigten) Spaltsensor detektiert. 12 zeigt
die Amplitude der detektierten Schwingungen, wenn sie mit der Zeit
variiert. Das Dämpfungsverhältnis ζ war ungefähr 0,5.
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In
dem Experiment wurde kein Kupferring um jedes der Joche 53 verwendet,
und zwar aus dem Grund, dass, wenn ein Kupferring um jedes der Joche 53 herum
angeordnet wäre,
die eigene Induktivität
der Dämpfervorrichtung
als eine Stromschaltung zu groß wäre, was
bewirkt, dass die Wirbelströme eine
Phasenverzögerung
erleiden würden,
die den Dämpfungseffekt
beeinflussen würde.
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Die
experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Dämpfervorrichtung nicht Kupferglieder
einsetzen sollte, eine Beobachtung, die anders als das übliche Wissen über Dämpfervorrichtungen
ist. Es folgt, dass die Dämpfervorrichtung
stark bezüglich der
Struktur vereinfacht werden kann.
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Um
die Größe und das
Gewicht der Dämpfervorrichtung
zu reduzieren, ist es nötig,
eine Magnetschaltung bzw. einen Magnetkreislauf davon zu optimieren,
d.h., die Menge und daher das Gewicht des verwendeten magnetischen
Materials zu reduzieren. Es ist herausgefunden worden, dass der Dämpfungswirkungsgrad
pro Querschnittsfläche Πa2, wobei a der effektive Radius des Magnetflusspfades
ist, von einer Hauttiefe bzw. Eindringungstiefe δ ab hängt, die mit einer zu dämpfenden
Frequenz ω, mit
einer Permeabilität μ und einer
Leitfähigkeit κ in Beziehung
steht. Die Hauttiefe bzw. Eindringungstiefe δ wird durch die folgende Gleichung
ausgedrückt:
Die
Beziehung zwischen dem Verhältnis
a/δ und
dem Dämpfungswirkungsgrad η pro kreisförmige Querschnittsfläche des
Magnetflusspfades ist in 13 gezeigt.
Wie aus 13 verständlich wird, hat der Dämpfungswirkungsgrad η einen Spitzenwert,
wenn das Verhältnis
a/δ des
Radius a des Magnetflusspfades zur Hauttiefe bzw. Eindringungstiefe δ ungefähr 1,3 ist.
Wenn der Magnetflusspfad eine rechteckige Querschnittsform hat,
dann wird der Dämpfungswirkungsgrad η pro rechteckige
Querschnittsfläche
mit Bezug zum Verhältnis
der Dicke d des Magnetflusspfades zur Hauttiefe bzw. Eindringungstiefe δ durch eine
Kurve ähnlich
der in 13 gezeigten Kurve aufgezeichnet,
und der Dämpfungswirkungsgrad η hat einen
Spitzenwert, wenn das Verhältnis
d/δ ungefähr 2,3 ist.
Ungeachtet dessen, ob der Magnetflusspfad eine kreisförmige Querschnittsform
oder eine rechteckige Querschnittsform hat, läuft der Magnetfluss, der am
wirkungsvollsten für
die Schwingungsdämpfung
gephast ist, durch eine innere Region, die von einer Außenfläche des
Magnetflusspfades um eine Distanz beabstandet ist, die geringfügig größer ist
als die Hauttiefe bzw. Eindringungstiefe δ. Daher wird die Länge des
Magnetflusspfades nahe der inneren Region vergrößert. Anders gesagt, es ist grundlegend
wichtig, eine Umfangslänge
des Magnetflusspfades zu vergrößern, während man
die Dicke der Querschnittsform ungefähr auf zweimal der Hauttiefe
bzw. Eindringungstiefe δ hält. Wenn
die Dicke der Querschnittsform des Magnetflusspfades viel größer ist
als die Eindringungstiefe δ,
dann ist dies dahingehend wirksam, dass eine Vielzahl von Regionen
mit Abmessungen vorgesehen werden, deren Verhältnis einen Dämpfungswirkungsgradspitzenwert
erzeugt, und elektrisch die Regionen zueinander in dem Magnetkreislauf
zu isolieren und parallel zueinander zu positionieren. Insofern
als eine Dämpfungskraft
proportional zum Quadrat der Flussdichte ist, muss die magnetomotorische
bzw. magnetomotive Kraft des Permanentmagneten zur Dämpfungskraft
passen. Wenn die gesamte Querschnittsfläche ansteigt, dann steigt auch
die magnetomotorische Kraft, d.h. die Größe des Magneten.
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Wenn
ein Magnetflusspfad eine rechteckige Querschnittsform hat, wobei
eine Seite davon eine Länge
hat, die 4,6 mal die Eindringungstiefe ist, dann wird ein Dämpfungswirkungsgradspitzenwert
erhalten durch Anordnung des Magnetflusspfades in Form von zwei
Platten, die jeweils eine Dicke haben, die 2,3 mal der Eindringungstiefe
ist, und der Dämpfungswirkungsgrad
ist zweimal sein Spitzenwert wegen den zwei Platten.
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Siebtes Ausführungsbeispiel
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14 zeigt
eine Dämpfungsvorrichtung
mit einer solchen Vielzahl von elektrisch isolierten Magnetkreisläufen gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. In 14 sind zwei
parallele Magnetpole 12a, 12b an jedem der gegenüberliegenden
Enden des Permanentmagneten montiert, und zwei C-förmige Joche 13a, 13b sind
in gegenüberliegender
Beziehung zu den Magnetpolen 12a, 12b über einen
Spalt S auf jeder Seite des Permanentmagneten 11 angeordnet,
wodurch zwei Magnetkreisläufe
vorgesehen werden. Die Magnetpole 12a, 12b sind
elektrisch voneinander isoliert, und die Joche 13a, 13b sind
auch elektrisch voneinander isoliert. Die Querschnittsfläche von
jedem der Magnetpole 12a, 12b, jeweils in Form
eines rechteckigen Parallelepipedes, wird ausgewählt, um einen Dämpfungswirkungsgradspitzenwert
vorzusehen, und eine Dämpfungskraft
wird zweimal vergrößert, ohne
die magnetomotorische bzw. magnetomotive Kraft, die Flussdichte
und die Gesamtmenge des Materials der Joche und der Magnetpole zu
verändern.
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Die
Joche und die Magnetpole sollten vorzugsweise aus einem magnetischen
Material mit einer hohen Permeabilität und einer hohen Leitfähigkeit
gemacht werden, wie beispielsweise magnetischem Weicheisen oder
reinem Eisen. Da ein solches magnetisches Material üblicherweise
eine Hysterese zeigt, erzeugt es einen Hystereseverlust genauso
wie einen Wirbelstromverlust, wenn wechselnde Magnetflüsse dort
hindurchlaufen. Wenn der Magnetfluss aufgeteilt wird, wenn das magnetische
Material in Schwingungen versetzt wird, verändern sich die Pfade und Richtungen
des Magnetflusses, was die Schwingungsenergie zu einem Hystereseverlust macht.
Die Joche und die Magnetpole, die gemäß der vorliegenden Erfindung
angeordnet sind, eliminieren einen Engpass für den sich ändernden Magnetfluss, sie können effektiv
einen Hystereseverlust genauso wie einen Wirbelstromverlust erzeugen.
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15 zeigt
eine Turbomolekularpumpe 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Wie in 15 gezeigt, hat die Turbomolekularpumpe 10 eine
sich drehende Anordnung 15, die Schaufeln 16 und
eine drehbare Welle 17 aufweist, einen festen Rahmen 18,
der stationär
mit Bezug zur sich drehenden Anordnung 15 ist, und einen
Motor 24 mit einem Rotor 25, der fest an der drehbaren
Welle 17 montiert ist, und einen Stator 26, der
fest an dem festen Rahmen 18 montiert ist. Die drehbare
Welle 17 wird drehbar radial durch passive Radialmagnetlager 27, 28 an oberen
und unteren Positionen getragen, und axial durch ein aktives Magnetlager 29 am
unteren Ende der drehbaren Welle 17, die eine entfernbare
Axialscheibe bzw. Schubscheibe 30 hat.
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Das
passive Radialmagnetlager 27 hat eine Vielzahl von äußeren und
inneren ringförmigen
Permanentmagneten 39, 40, die einander über einen Spalt
gegenüber
stehen. Jene ringförmigen
Permanentmagneten 39, 40, die einander gegenüber stehen,
haben gleiche Polaritäten,
um abstoßende
Magnetkräfte
auszuüben.
In ähnlicher
Weise hat das passive Radialmagnetlager 28 eine Vielzahl
von äußeren und
inneren ringförmigen
Permanentmagneten 44, 45, die einander über einen
Spalt gegenüber stehen.
Jene ringförmigen
Permanentmagneten 44, 45, die einander gegenüber stehen,
haben gleiche Polaritäten,
um abstoßende
Magnetkräfte
auszuüben.
Die drehbare Welle 17 wird somit im Wesentlichen mittig
innerhalb der äußeren ringförmigen Permanentmagneten 39, 44 positioniert.
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Die äußeren ringförmigen Permanentmagneten 39 werden
durch einen Permanentmagnethalter 46 gehalten, der an dem
festen Rahmen 18 durch eine Wirbelstromdämpfervorrichtung 47 montiert wird.
Genauso werden die äußeren ringförmigen Permanentmagneten 44 durch
einen Permanentmagnethalter 48 gehalten, der an einer Basis 49 an
dem festen Rahmen 18 durch eine Wirbelstromdämpfervorrichtung 54 montiert
wird. Die Permanentmagnethalter 46, 48, die die
jeweiligen äußeren ringförmigen Permanentmagneten 39, 44 halten,
sind axial unbeweglich, jedoch radial beweglich an dem festen Rahmen 18 bzw.
der Basis 49 befestigt, und zwar durch die Wirbelstromdämpfervorrichtungen 47, 54.
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Das
aktive Magnetlager 29 weist einen Elektromagneten 55 auf,
der in sandwichartiger axialer Beziehung zu der Axialscheibe 30 positioniert
ist und an dem festen Rahmen 18 befestigt ist. Der Elektromagnet 55 wird
mit einem Erregungsstrom von einem (nicht gezeigten) Steuersystem
beliefert. Wenn der Elektromagnet 55 durch einen gelieferten
Strom erregt wird, hält
das aktive Magnetlager 29 die Axialscheibe 30 und
daher die drehbare Welle 17 axial angehoben.
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Die
drehbare Welle 17 wird auch drehbar durch ein oberes Notkugellager 56 getragen,
welches nahe dem passiven Radialmagnetlager 27 positioniert
ist, und durch untere Notkugellager 57, die unter dem passiven
Radialmagnetlager 28 positioniert sind.
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Achtes Ausführungsbeispiel
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Die 16 und 17 zeigen
die Wirbelstromdämpfervorrichtung 47 im
Detail. Wie in den 16 und 17 gezeigt,
weist die Wirbelstromdämpfervorrichtung 47 einen
zylindrischen Permanentmagneten 58, ein Paar von flachen
ringförmigen Magnetpolen 59,
die auf jeweils axial gegenüber
legenden Enden des zylindrischen Permanentmagneten 58 befestigt
sind, wobei einer der ringförmigen Magnetpole 59 an
dem festen Rahmen 18 befestigt ist, und ein zylindrisches
Joch 60 auf, welches an dem Permanentmagnethalter 46 befestigt
ist. Der zylindrische Permanentmagnet 58 und die ringförmigen Magnetpole 59 sind
zueinander festgelegt, wodurch ein C-förmiger Querschnitt vorgesehen
wird. Die ringförmigen
Magnetpole 59 haben radialinnere Oberflächen, die zu einer Außenumfangsfläche des
zylindrischen Joches 60 über einen Spalt weisen. Der
Permanentmagnethalter 46 und der feste Rahmen 18 sind
miteinander durch vier ringförmig
beabstandete Federn 61 verbunden, die axial unbeweglich
jedoch radial beweglich sind, um den Permanentmagnethalter 46 zu
halten.
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Die
Wirbelstromdämpfervorrichtung 54,
die zwischen dem Permanentmagnethalter 48 und der Basis 49 angeordnet
ist, ist im Wesentlichen bezüglich
der Struktur identisch mit der Wirbelstromdämpfervorrichtung 47.
Die Wirbelstromdämpfervorrichtung 54 hat
obere und untere Oberflächen,
die jeweils an dem Permanentmagnethalter 48 und dem festen Rahmen 49 befestigt
sind.
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Die 18 und 19 zeigen
strukturelle Details der Wirbelstromdämpfervorrichtung 47 und der
Art und Weise, in der die Wirbelstromdämpfervorrichtung 47 arbeitet.
Die Magnetpole 59 sind an den jeweiligen axial gegenüber liegenden
Enden des zylindrischen Permanentmagneten 58 befestigt,
der axial magnetisiert ist. Das zylindrische Joch 60 ist
in radial gegenüber
stehender Beziehung zu den Innenumfangsflächen (Magnetpolflächen) 59a der
Magnetpole 59 angeordnet. Das zylindrische Joch 60 ist
an dem Permanentmagnethalter 46 befestigt, der die äußeren ringförmigen Permanentmagneten 39 hält (siehe 15).
Der zylindrische Permanentmagnet 58 und die Magnetpole 59 sind
fest an dem festen Rahmen 18 montiert. Die Innenumfangsflächen 59a der
Magnetpole 59 weisen zu einer Außenumfangsfläche 60a des
zylindrischen Joches 60 über einen Spalt S. Ein Magnetkreislauf
ist vorgesehen, der sich von dem Nordpol des zylindrischen Permanentmagneten 58 durch
einen der Magnetpole 59, den Spalt S, das zylindrische
Joch 60, den Spalt S und den anderen Magnetpol 59 zurück zum Südpol des
zylindrischen Permanentmagneten 58 erstreckt.
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Die
Magnetpole 59 und das zylindrische Joch 60 sind
aus einem magnetischen Material gemacht, wie beispielsweise aus
magnetischem Weicheisen mit einem relativ niedrigen elektrischen
Widerstand. Wenn das zylindrische Joch 60 mit Bezug zu den
Magnetpolen 59 in Schwingung versetzt wird, werden Wirbelströme in den
Magnetpolen 59 und dem zylindrischen Joch 60 erzeugt,
die die Schwingungsenergie in thermische Energie umwandeln.
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19 zeigt
Magnetflussveränderungen ΔΦ, die in
den Magnetpolen 59 fließen, wenn das zylindrische
Joch 60 radial nach rechts mit Bezug zu den Magnetpolen 59 verschoben
ist. Wenn das zylindrische Joch 60 nicht verschoben ist
sondern mittig in den Magnetpolen 59 positioniert ist,
dann ist der Spalt S gleichförmig
in der vollen Umfangsrichtung. Daher fließen die Magnetflüsse Φ von dem
zylindrischen Permanentmagneten 58 in das zylindrische Joch 60 über die
kürzeste
Distanz und zurück
zum zylindrischen Permanentmagneten 58, und sie sind daher
achsensymmetrisch und radial gleichförmig verteilt. Anders gesagt,
es gibt keinen umlaufenden Fluss von ΔΦ. Wenn das zylindrische Joch 60 nach rechts
verschoben ist, ist der Spalt S auf seiner linken Seite weiter und
auf seiner rechten Seite schmaler. Die Flussdichte ist maximal an
dem Spalt auf der rechten Seite. Da Magnetflüsse dazu tendieren, sich nahe
dem Spalt auf der rechten Seite zu konzentrieren, steigt der magnetische
Widerstand nahe dem Spalt auf der rechten Seite äquivalent. Daher konzentrieren
sich nicht alle Magnetflüsse
nahe dem Spalt auf der rechten Seite, sondern die Magnetflüsse werden
gemäß einem
sanften Anstiegsmuster entlang dem gesamten Umfang des zylindrischen Permanentmagneten 58 und
des zylindrischen Joches 60 verteilt. Gemäß dem Abstufungsmuster
ist die Flussdichte maximal am rechten Ende und minimal am linken
Ende. Das Gradienten- bzw. Abstufungsmuster zeigt an, dass die Flussdichte
in dem Spalt die Summe des gleichförmigen Magnetflusses Φ und der
Veränderungen ΔΦdarstellt.
Was jedoch den Magneten 58 betrifft, erzeugt er einen gleichförmigen Magnetfluss Φ an irgendeinem
Umfangsteil davon. Entsprechend fließt die Veränderung des Magnetflusses ΔΦ umlaufend
in dem Magnetpol 59 und axial im Joch 60 des Magneten 58.
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Wenn
das zylindrische Joch 60 nach rechts bewegt wird, wie in 19 gezeigt,
fließt
die Magnetflussveränderung ΔΦ nach unten
in einer rechten Seite des zylindrischen Joches 60, fließt über den schmalen
Spalt zu dem rechten (nicht gezeigten) Magnetpol, fließt in Umfangsrichtung
in zwei Pfaden entlang dem ringförmigen
(nicht gezeigten) Magnetpol auf der linken Seite, fließt über den
erweiterten Spalt zur linken Seite des (nicht gezeigten) Joches
und nach oben in eine linke Seite des zylindrischen Joches 60.
Die Magnetflussveränderung ΔΦ fließt dann aus
der Außenumfangsfläche 60a des
zylindrischen Joches 60 an seinem oberen Teil über den
Spalt S in die Außenumfangsfläche 59a des
oberen Magnetpols 59 zur linken Seite, fließt umlaufend
in den oberen Magnetpol 59 zur rechten Seite, fließt von dem oberen
Magnetpol 59 über
den schmalen Spalt in das zylindrische Joch 80 und fließt axial
in das zylindrische Joch 60. Wenn das zylindrische Joch 60 nach links
bewegt wird, fließt
die Magnetflussveränderung ΔΦ in entgegengesetzter
Richtung. Wenn daher die Magnetflussveränderung ΔΦ zu dem Zeitpunkt erzeugt wird,
wenn das zylindrische Joch 60 in der Richtung in Schwingung
versetzt wird, die vom Pfeil X gezeigt wird, werden Wirbelströme in einer
Richtung erzeugt, um die Magnetflussveränderung ΔΦ zu belhindern. Wenn die Magnetflussveränderungen ΔΦ in dem
Magnetpol 59 und dem zylindrischen Joch 60 zunehmen,
erzeugen sie Wirbelströme
in den in 19 gezeigten Richtungen. In ähnlicher
Weise erzeugen Magnetflussveränderungen ΔΦ, die erzeugt werden,
wenn das zylindrische Joch 60 in der vom Pfeil Y angezeigten
Richtung in Schwingung versetzt wird, Wirbelströme in den rechten und linken
Teilen des Magnetpols 59 und auch in den oberen und unteren
Teilen des zylindrischen Joches 60.
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Die
ringförmige
Wirbelstromdämpfervorrichtung
ist nicht auf die in den 16–19 gezeigte Struktur
eingeschränkt,
sondern kann irgendeine von verschiedenen anderen Strukturen haben.
Beispielsweise kann das zylindrische Joch 60 radial außerhalb des
zylindrischen Permanentmagneten 58 positioniert sein, insofern
als ein Magnetfluss, der von dem zylindrischen Permanentmagneten 58 erzeugt
wird, wenn die drehbare Welle schwingt, in unter schiedliche Regionen
der Magnetpole 59 und des zylindrischen Joches 60 fließt, wodurch
Wirbelströme
in den Magnetpolen 59 und dem zylindrischen Joch 60 erzeugt
werden.
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Neuntes Ausführungsbeispiel
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Die 20(A) und 20(B) zeigen
eine Wirbelstromdämpfervorrichtung 70 gemäß einem
neunten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Wie in den 20(A) und 20(B) gezeigt, ist die Wirbelstromdämpfervorrichtung 70 eine
linear bewegbare Dämpfervorrichtung
und weist ein festes Glied 72 und ein bewegbares Glied 71 auf,
welches an dem festen Glied 72 Durch Federn 77 befestigt
ist. Das bewegbare Glied 71 ist in der Richtung unbeweglich, die
von dem Pfeil Z angezeigt wird, und zwar mit Bezug auf das feste
Glied 72, ist jedoch in der X-Y-Ebene aufgrund der Elastizität der Federn 77 bewegbar. Die
Wirbelstromdämpfervorrichtung 70 hat
vier Wirbelstromdämpfereinheiten 70X, 70Y,
die voneinander beabstandet sind. Jede der Wirbelstromdämpfereinheiten 70X weist
einen Permanentmagneten 73 und zwei Magnetpole 74U, 74D auf,
die jeweils auf oberen und unteren Enden des Permanentmagneten 73 montiert
sind, wobei der Permanentmagnet 73 und die Magnetpole 74U, 74D fest
an dem festen Glied 72 montiert sind, und zwei Joche 76L, 76R,
die fest an dem bewegbaren Glied 71 montiert sind und zu
den Magnetpolen 74U, 74D über Spalte weisen. Wenn die
Spalte auf den gegenüberliegenden
Seiten der Magnetpole 74U, 74D einander gleich
sind, wird ein Magnetfluss Φ,
der durch den Permanentmagneten 73 erzeugt wird, in gleiche
Magnetflüsse
aufgeteilt, die in die Joche 76L, 76R fließen. Wenn
das bewegbare Glied 71 nach rechts in den 20(A) und 20(B) verschoben ist, wird ein Magnetfluss Φ, der durch
den Permanentmagneten 73 erzeugt wird, aufgeteilt in einen
größeren Magnetfluss,
der in das rechte Joch 76R fließt, und in einen kleineren
Magnetfluss, der in das linke Joch 76L fließt. Wenn
das bewegbare Glied 71 nach links in den 20(A) und 20(B) verschoben wird, wird ein Magnetfluss Φ, der von
dem Permanentmagneten 73 erzeugt wird, aufgeteilt in einen
größeren Magnetfluss,
der in das linke Joch 76L fließt, und in einen kleineren
Magnetfluss, der in das rechte Joch 76R fließt. Wenn
das bewegbare Glied 71 in der Richtung in Schwingung versetzt wird,
die von dem Pfeil X angezeigt wird, fließt die Magnetflussveränderung ΔΦ in einer
geschlossenen Schleife von dem Magnetpol 74U durch das
Joch 76R (76L) und dem Magnetpol 74D zum
Joch 76L (76R) ohne durch den Permanentmagneten 73 zu laufen.
Die Magnetflussveränderung ΔΦ, die so fließt, erzeugt
Wirbelströme
in den Jochen 76L, 76R und den Magnetpolen 74U, 74D,
und die Wirbelströme
werden durch einen Widerstandsverlust verbraucht, so dass die Schwingungsenergie
in thermische Energie umgewandelt wird. Entsprechend wird die Schwingung
des Permanentmagnethalters, der an dem bewegbaren Glied 71 befestigt
ist, absorbiert, was somit die Schwingungen der drehbaren Welle absorbiert,
die von den Magnetlagern getragen wird.
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Die
Wirbelstromdämpfervorrichtung 70 weist ein
Paar von Wirbelstromdämpfereinheiten 70X auf, die
voneinander in der Richtung beabstandet sind, die vom Pfeil Y gezeigt
wird, und die einander gegenüber
stehen, und ein weiteres Paar von Wirbelstromdämpfereinheiten 70Y,
die voneinander beabstandet sind und einander in der Richtung gegenüber stehen, die
vom Pfeil X gezeigt wird, wie in 20(A) gezeigt.
Die Wirbelstromdämpfereinheiten 70X dienen zur
Dämpfung
der Schwingungen des bewegbaren Gliedes 71 in der Richtungskomponente,
die vom Pfeil X angezeigt wird, und die Wirbelstromdämpfereinheiten 70Y dienen
zur Dämpfung
der Schwingungen des bewegbaren Gliedes 71 in der Richtungskomponente,
die vom Pfeil Y angezeigt wird. Die Wirbelstromdämpfereinheiten 70X, 70Y teilen
die Magnetflüsse,
die durch die Permanentmagneten erzeugt werden, in zwei Richtungen
auf, d.h. linke und rechte Richtungen. Alternativ kann in jeder
der Wirbelstromdämpfereinheiten
ein Permanentmagnet in Form eines rechteckigen Parallelepipedes
durch vier Joche umgeben sein, die einen Magnetfluss, der von dem Permanentmagneten
erzeugt wird, in vier Richtungen aufteilen.
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Die
Wirbelstromdämpfervorrichtung
ist weniger einer Alterung unterworfen als Gummi-Dämpfer, weil
die Wirbelstromdämpfervorrichtung
Permanentmagneten, Magnetpole und Joche aufweist. Die Wirbelstromdämpfervorrich tung
ist somit weniger anfällig
für temperaturabhängige Veränderungen
und kann daher eine stabilere Steifigkeit und Dämpfungseffekte ungeachtet von
Temperaturvariationen vorsehen. Weil die Wirbelstromdämpfervorrichtung
ausreichend Vibrationen in einem vollen Bereich von Drehzahlen der
sich drehenden Welle dämpfen
kann, auch wenn der Schwingungsbetriebszustand der drehbaren Welle
variiert, ist die Turbomolekularpumpe, die die Wirbelstromdämpfervorrichtung
aufweist, besonders stabil.
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Obwohl
gewisse bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung gezeigt und im Detail beschrieben worden
sind, sei bemerkt, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen hier
vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der beigefügten
Ansprüche
abzuweichen.