DE7217973U - Elektromagnetische Kraftsteuereinheit für eine magnetische Radiallagerung - Google Patents

Description

JDmtaeh· Forschung«-υ. Versuchsanstalt ttt Luft- und Raumfahrt a, V.

Elektromagnetische Kraftsteuereinh^it für eine magnetische Radiallagerun?

Die Erfindung betrifft die elektromagnetische Kraftstcuereinheit für eine magnetische Radiallagerung kleinerer bis mittlerer Wellen. Derartige Lagerungen sind aufgrund ihrer Verschleiß- uiH Wartungsfreiheit gut geeignet für hohe Drehzahlen auch im Bereich ungünstiger Umgebungseinflüsse (Vakuum). Pur eine große Steifigkeit der Lagerung gegenüber Störbeschleunigungen wird eine elektromagnetische Kraftsteuereinheit erforderlich, die bei guter Linearität zwischen erzeugter Kraft und Magneterregvc_g einen weiten Aussteuerbereich aufweist. Außerdem sollte sie Störkräfte kompensieren können, die aus allen Richtungen der Radialebene an der Welle angreifen.

Es ist bekannt, daß ferromagnetische Körper mit Hilfe einer Lageregelung frei schwebend aufgehängt werden können (Zeitschrift,: Regelungstechnik 16, 1968, S. 10). Dabei wird die Lage des Körpers gegenüber seinem Gehäuse meßtechnisch erfaßt. Dieses Lagesignal wird geeignet dynamisch verformt, verstärkt und zur Steuerung eines Elektromagneten herangezogen. Dessen Erregung ist so gerichtet» daß eine Lageabweichung von einem vorgegebenen Sollwert durch den Einfluß der elektromagnetischen Kräfte rückgängig gemacht wird. Durch den bekannten nichtlinearen Zusammenhang zw:sehen Magn^terregerstrom und erzeugter Zugkraft ist der Aussteuerbereich beim Einsatz von Elektromagneten in den beschriebenen Lageregelungen begrenzt. Hierdurch weraen die charakteristischen Werkstoffdaten des verwendetem Eisens schlecht ausgenutzt. Hinzu kommt, daß bezüglich des zu lagernden, ferromagnetischen Körpers häufig keine zur Nullage symmetrische Kraftsteuerung möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektroinagnetanordnung p.nzugeben, die für die radiale magnetische Lagerung einer Welle besonders

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geeignet ist. Neben einer guten Ausnutzung des verwendeten Magneteisens (höh* Induktionen) soll bei ausreichender Linearität ein günstiges Großsignalverbalten erreicht verden. Störkräfte sollen aus allen Sichtungen der Radiftlebtns an der magnetisch gelagerten welle angreifen können.

Diese Aufgäbe vird erfindungsgemäfi dadurch gelost, daß zwei Regelkreise in zwei zueinander senkrechten Richtungen einer Radialebene die Lage der Welle gegenüber dem Lagergehäuse kontrollieren. Die elektromagnetische Krafterzeugung in jeder der beiden Stabilisierungsrichtungen erfolgt durch eine geometrische Differentialanordnung zweier Elektromagnete bezüglich der zu lagernden Welle.

Beide Magnete sind durch eine konstante Erregung etwa bis zur Hälfte der Sattigungsinduktion des Eisens vormagnetisiert. ihre steuerung erfolgt im Gegentakt, so daS die Durchflutung in einem Magneten ansteigt, während sie im anderen Magneten in gleichem Maße abnimmt. Durch diese Anordnung und Steuerung erhält man bezüglich der zu lagernden Welle einen symmetrischen Kraftverlauf, Großsignalaussteuerung bei guter Linearität und einen günstigen Ausnutzungsgrad des verwendeten Magneteisens. Die Magnete werden mit Gleichstrom erregt.

Die Kraftsteuereinheit für zwei senkrechte Wirkungsrichtungen ist so aufgebaut, daß die Magneterregerwicklungen auf ein achtpoliges Statorblechpaket aufgebracht werden, wobei jeweils zwei benachbarte Pole einen U-Magneten darstellen. Die elektromagnetischen Kräfte wirken auf ein zylindrisches Rotorblechpaket, das die eigentliche Welle aufnimmt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben* Das Statorblechpaket 1 ist in ein Lagergehäuse 2 eingepaßt, wobei die Sitzfläche zur elektrischen Isolierung

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einzelner Bleche teilweise aus nichtleitendem Material 3 besteht, über einen Distanzring U wird der Stator mit dem Lagerdeckel 5 gegen das Gehe- .»e gepreßt. Weiterhin enthalt das Lagergehause Bohrungen 6 fSr die tastlosen Wegaufnehmer* Die beiden Lagerringe 7 und 5 in Lagerdeckel und im Lagergehäuse verleihen dem Radiallager Notlauf eigenschaften bei Ausfall der Lageregelkreise. Außerdem verhindern sie die Berührungsmoglichkeit von Stator und Rotor. Das Rotorblechpaket 9 ist auf einer Lagerbuchse 10 montiert, wobei die Sitzfläche 11 zur elektrischen Isolation aus nichtleitendem Material besteht. Die eigentliche Welle 12 wird in der Lagerbuchse befestigt, so daß die Justierung der Einheit Radiallager unabhängig vom Ein- und Ausbau der Welle ist Dfe Fig. 2 zeigt Stator- und Rotorblechpaket 1 und 9 in einem Schnitt, der in Fig. 1 mit A-A bezeichnet ist. Die einzelnen Magneterregervicklungen sind so zu schalten, daß sich der eingetragene magnetische Hauptfluß 0 ergibt.

Die Aufbringung der einzelnen Wicklungen auf das achtpolige Statorblechpaket ergibt eine sehr geringe Verkopplung und daher eine gute Orthogonalität beider Kraftvirkungslinien. Das Zusammenwirken von Stator und Rotor ermöglicht eine gute Fuhrung des magnetischen Hauptflusses und damit eine geringe magnetische Streuung. Außerdem läßt sich wegen der hohen mechanischen Festigkeit beider Blechpakete ein relativ geringer Luftspalt sehr betriebssicher verwirklichen. Die Gute Linearität zwischen Magnetsteuerstrom und erzeugter Kompensationskraft gestattet die Kessung der Lagerreaktionskräfte undtiamit eine recht einfache, meßtechnische Überwachung der Lagerung.

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Claims (2)

1. Elektromagnetische Kraftsteuereinheit für die magnetische
Radiallagerung einer Welle, dadurch gekennzeichnet , daß um die zu lagernde Welle vier Elektromagnete in den orthogonalen Fdchtungen einer Radialebene angeordnet sind, von denen jeweils awei gegenüberliegende Magnete über eine Wicklung im
Gegeutakt angesteuert werden und über eine zweite Wicklung vormagnetisiert wurden.

2. Kraft steuereiriheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Wicklungen der vier Magnete auf ein achtpoliges 3tatorblecb:paket aufgebracht werden» wobei jeweils zwei benachbarte Pole einen U-Magneten Τοΐΐαβη» dessen elektromagnetische Kraft auf ein zylindrisches Rotorbleehpaket wirkt, das innerhalb des Ste'corblechpaketes beweglich angeordnet ist und das die zu

Welle aufnimmt.