SE535378C2 - Electrodynamic actuator, rotating machine and method - Google Patents

Electrodynamic actuator, rotating machine and method Download PDF

Info

Publication number
SE535378C2
SE535378C2 SE1150597A SE1150597A SE535378C2 SE 535378 C2 SE535378 C2 SE 535378C2 SE 1150597 A SE1150597 A SE 1150597A SE 1150597 A SE1150597 A SE 1150597A SE 535378 C2 SE535378 C2 SE 535378C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
stator
rotor
circuit element
actuator
magnetic
Prior art date
Application number
SE1150597A
Other languages
Swedish (sv)
Other versions
SE1150597A1 (en
Inventor
Torbjoern Lembke
Original Assignee
Torbjoern Lembke
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Torbjoern Lembke filed Critical Torbjoern Lembke
Priority to SE1150597A priority Critical patent/SE535378C2/en
Publication of SE1150597A1 publication Critical patent/SE1150597A1/en
Publication of SE535378C2 publication Critical patent/SE535378C2/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/38Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary
    • H02K21/44Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary with armature windings wound upon the magnets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0459Details of the magnetic circuit
    • F16C32/0461Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit
    • F16C32/0465Details of the magnetic circuit of stationary parts of the magnetic circuit with permanent magnets provided in the magnetic circuit of the electromagnets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C39/00Relieving load on bearings
    • F16C39/06Relieving load on bearings using magnetic means
    • F16C39/063Permanent magnets
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/03Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
    • F16F15/035Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means by use of eddy or induced-current damping
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/0408Passive magnetic bearings
    • F16C32/041Passive magnetic bearings with permanent magnets on one part attracting the other part
    • F16C32/0412Passive magnetic bearings with permanent magnets on one part attracting the other part for radial load mainly
    • F16C32/0414Passive magnetic bearings with permanent magnets on one part attracting the other part for radial load mainly with facing axial projections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/0408Passive magnetic bearings
    • F16C32/0423Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other
    • F16C32/0425Passive magnetic bearings with permanent magnets on both parts repelling each other for radial load mainly
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0459Details of the magnetic circuit
    • F16C32/0468Details of the magnetic circuit of moving parts of the magnetic circuit, e.g. of the rotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0476Active magnetic bearings for rotary movement with active support of one degree of freedom, e.g. axial magnetic bearings

Description

25 30 35 535 378 2 dock inte någon dämpande effekt. I ett utförande tillhandahålls tillkommande kortslutna ledande slingor på statom. I rotom. på en närliggande radiell position från de tillkommande kortslutna ledande slingoma, tillhandahålls magneter. Om en i sidled riktad rörelse äger rum, så produceras virvelströmmar i de tillkommande kortslutna ledande slingoma på så sätt att de vill motverka rörelsen, vilket ger en liten dämpande verkan. En nackdel med detta arrangemang år emellertid att den tillgängliga dämpningen år väldigt liten, eftersom hastigheten hos den sidledes gående rörelsen vanligen är väldigt liten, och därigenom även tidsderivatan av det magnetiska flödet som passerar de tillkommande kortslutna ledande slingorna. 25 30 35 535 378 2 but not a dampening effect. In one embodiment, additional shorted conductive loops are provided on the stator. In the rotom. at an adjacent radial position from the additional shorted conductive loops, magnets are provided. If a laterally directed movement takes place, eddy currents are produced in the additional short-circuiting conductive loops in such a way that they want to counteract the movement, which gives a small damping effect. A disadvantage of this arrangement, however, is that the available attenuation is very small, since the speed of the lateral movement is usually very small, and thus also the time derivative of the magnetic fl passing the additional short-circuiting conductive loops.

I den internationella patentansökan WO01/84693, beskrivs ett lagersystem som kombinerar ett axiellt lager baserat på elektromagnetisk kontroll av den axiella positionen med ett passivt radiellt magnetiskt lager. Det passiva radiella magnetlagret innefattar multipla koncentriska och radiellt åtskilda axiellt magnetiserade ringmagneter på en stator, och motsvarande upplinjerade ringformade poler på rotom.International patent application WO01 / 84693, describes a bearing system which combines an axial bearing based on electromagnetic control of the axial position with a passive radial magnetic bearing. The passive radial magnetic bearing comprises multiple concentric and radially spaced axially magnetized ring magnets on a stator, and corresponding aligned linear poles on the rotor.

En återförande kraft uppstår när rotorn förskjuts från upplinjering. Axiella krafter mellan magneterna och de ringformade polerna balanseras av det aktivt kontrollerade axiallagret. En nackdel med ett sådant lagersystem är att de radiellt verkande âterförande krafterna är odämpade, vilket kan orsaka oscillalioner.A return force occurs when the rotor is displaced from alignment. Axial forces between the magnets and the annular poles are balanced by the actively controlled axial bearing. A disadvantage of such a bearing system is that the radially acting restoring forces are undamped, which can cause oscillation ions.

SAMMANFATTNING Ett generellt problem med magnetlager enligt teknikens ståndpunkt är att tillräcklig dämpning i radiell riktning är svårt att tillhandahålla. Ofta tillhandahålls tillkommande separata arrangemang i syfte att ge lagerstyvhet respektive lagerdämpningsfunktionalitet. Trots detta, om vibrationsnivåerna är för höga måste amplituderna minskas med hjälp av extema landningslager för att undvika skador.SUMMARY A general problem with prior art magnetic bearings is that sufficient attenuation in the radial direction is difficult to provide. Additional separate arrangements are often provided in order to provide bearing stiffness and bearing damping functionality, respectively. Nevertheless, if the vibration levels are too high, the amplitudes must be reduced with the help of extreme landing bearings to avoid damage.

Ett allmänt syfte med föreliggande uppfinning år således att förbättra dämpningen i ett roterande lagerarrangemang på ett energieffektivt sätt. Ett ytterligare syfte med föredragna utföringsformer är att tillhandahålla möjligheter att aktivt kontrollera dämpningsegenskaperna, och när så behövs företrädesvis även integrera landnlngslagerfunklionalitet, Ovanstående syften åstadkommas med aktuatorarrangemang, roterande maskiner och metoder enligt bifogade patentkrav. Allmänt, i en första aspekt, innefattaren elektrodynamisk aktuator en statoraktuatordel som har ett statormagnetkretselement som innefattar magnetiskt material, och en rotoraktuatordel som har ett rotorrnagnetkretselement som innehåller magnetiskt material.A general object of the present invention is thus to improve the damping in a rotating bearing arrangement in an energy efficient manner. A further object of preferred embodiments is to provide possibilities to actively control the damping properties, and when necessary preferably also to integrate landing bearing functionality. The above objects are achieved with actuator arrangements, rotating machines and methods according to the appended claims. Generally, in a first aspect, the electrodynamic actuator comprises a stator actuator part having a stator magnetic circuit element comprising magnetic material, and a rotor actuator part having a rotor magnetic circuit element containing magnetic material.

Statoraktuatordelen och rotoraktuatordelen har en avsedd rotationsaxel relativt varandra. Den elektrodynamiska aktuatom innefattar dessutom åtminstone en magnet som inducerar ett magnetiskt flöde genom en magnetisk krets som innefattar statormagnetkretselementet och 10 15 20 25 30 35 535 378 3 rotormagnetkretselementet. Rotormagnetkretselementet är huvudsakligen rotationssymmetriskt i förhållande till axeln. En första sida av slatormagnetkretselementet uppvisar åtminstone en av en variabel reluktans och en variabel magnetisering i en radiell riktning med avseende på axeln. En första sida av rotormagnetkretselementet som är vänd den första sidan av statormagnetkretselementet uppvisar åtminstone en av en variabel reluktans och en variabel magnetisering i en radiell riktning med avseende på axeln. Statoraktuatordelen innefattar dessutom åtminstone en elektriskt ledande slinga som omsluter ett respektive segment av statormagnetkretselementet. Detta segment av statormagnetkretselementet innefattar magnetiskt material och är anordnat för att leda ett magnetiskt flöde som har en komponent, skild från noll, genom den eller de elektriskt ledande slingan eller slingorna. Segmentet i statonnagnetkretselementet är så anordnat för att få komponenten, skild från noll, att ändras när statoraktuatordelen och rotoraktuatordelen förflyttas relativt varandra i en radiell riktning. l en andra aspekt innefattar en roterande maskin av en stator, en rotor och åtminstone en elektrodynamisk aktuator enligt den första aspekten. Rotoraktuatordelen år därvid fäst vid rotom och statoraktuatordelen är fäst vid statorn. l en tredje aspekt, innefattar en metod för att operera en elektrodynamisk aktuator enligt den första aspekten att rotera statoraktuatordelen och rotoraktuatordelen relativt varandra runt axeln, varigenom eventuell avvikelse från upplinjering mellan statoraktuatordelen och rotoraktuatordelen ger upphov till virvelströmmar i den elektriskt ledande slingan som därigenom verkar som vibrationsdämpare.The stator actuator part and the rotor actuator part have an intended axis of rotation relative to each other. The electrodynamic actuator further comprises at least one magnet which induces a magnetic beam through a magnetic circuit comprising the stator magnet circuit element and the rotor magnet circuit element. The rotor magnet circuit element is substantially rotationally symmetrical with respect to the axis. A first side of the slator magnet circuit element has at least one of a variable reluctance and a variable magnetization in a radial direction with respect to the axis. A first side of the rotor magnet circuit element facing the first side of the stator magnet circuit element has at least one of a variable reluctance and a variable magnetization in a radial direction with respect to the axis. The stator actuator part further comprises at least one electrically conductive loop which encloses a respective segment of the stator magnet circuit element. This segment of the stator magnetic circuit element comprises magnetic material and is arranged to conduct a magnetic fate having a component, non-zero, through the electrically conductive loop or loops. The segment of the staton magnet circuit element is so arranged as to cause the component, other than zero, to change when the stator actuator part and the rotor actuator part are moved relative to each other in a radial direction. In a second aspect, a rotating machine comprises a stator, a rotor and at least one electrodynamic actuator according to the first aspect. The rotor actuator part is then attached to the rotor and the stator actuator part is attached to the stator. In a third aspect, a method of operating an electrodynamic actuator according to the first aspect comprises rotating the stator actuator part and the rotor actuator part relative to each other about the axis, whereby any deviation from alignment between the stator actuator part and the rotor actuator part gives eddy currents in the electrically conductive loop vibration dampers.

En fördel med föreliggande uppfinning är att förbättrad dämpning tillhandahålls i roterande lagersystem pä ett enkelt och energieffektivl sätt. Dämpningen kan utnyttjas som en passiv dämpning, men den tillåter även olika aktivt dämpande lösningar. Ytterligare fördelar diskuteras i samband med olika utföringsformer som beskrivs vidare nedan.An advantage of the present invention is that improved damping is provided in rotary bearing systems in a simple and energy efficient manner. The damping can be used as a passive damping, but it also allows various active damping solutions. Additional advantages are discussed in connection with various embodiments which are further described below.

KORTFATTAD FlGURBESKRlVNlNG Uppfinningen, tillsammans med ytterligare objekt och fördelar därmed, förstås bäst genom hänvisning till den följande beskrivningen gjord tillsammans med de medföljande ritningarna, i vilka: FIG. 1A är en snittvy av en utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning; FlG. 1B är en annan snittvy av en utföringsforrn av Fig. 1A; FlG. lC år ytterligare en annan snittvy av en utföringsform av Fig. 1A; FlG. 1D är en snittvy av en utföringsform av Fig. 1A, när en rotoraktuatordel och en statoraktuatordel är förskjutna från upplinjering; 10 15 20 25 30 535 378 4 FIG. 2 är en snittvy av en utföringsform av en roterande maskin innefattande en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning; FIG. 3 är en snittvy av en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning som har elektriskt ledande slingor orienterade längs axeln; FIG. 4 är en snittvy av en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning som har permanentmagneter på en första sida av rotoraktuatordelen; FIG. 5 är en snittvy av en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning som har permanentmagneter på en första sida av statoraktuatordelen; FIG. 6 är en snittvy av en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning som har gradvis förändrad magnetisk reluktans i en radiell riktning; FIG. 7 är en snittvy av en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning där en statoraktuatordel är vänd mot en rotoraktuatordel från tvà häll; FIG. 8A är en snittvy av en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning som har ett symmetriskt arrangemang i axiell riktning; FIG. 8B är en annan snittvy av utföringsfonnen l Fig. 8A; FIG. 9A är en snittvy av en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning som har en upplinierad position med en avsiktlig förskjutning mellan statoraktuatordel och rotoraktuatordel; FIG. 9B är en annan snittvy av utföringsformen i Fig. 9A; FIG. 10 är en snittvy av ytterligare en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning som har ett symmetriskt arrangemang i axiell riktning; FIG. 11 är ett diagram illustrerande inducerade och kontrollerade strömmar genom elektriskt ledande slingor; FIG. 12 är en schematisk skiss som illustrerar en roterande maskin med en kontrollenhet för att kontrollera strömmar genom elektriskt ledande slingor; FIG. 13 är ett flödesdiagram över steg i en utföringsform av en metod enligt föreliggande uppfinning; FIG. 14 är en snittvy av en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning som har dubbla rotoraktuatordelar; FIG. 15 i är en snittvy av en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning som tillhandahållerytterligare äterförande krafter I en radiell riktning; FIG. 16 är en snittvy av en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning som har rotorns axel som en del av den magnetiska kretsen; FIG. 17 är en snittvy av en annan utföringsforrn av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning som har en tredelad rotoraktuatordel; 10 15 20 25 30 35 535 378 5 FIG. 18 är en snittvy av en annan utföringsfonn av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning med repulsiva permanentmagneter; och FIG. 19 är en snittvy av en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning med luftgap riktade i radiell riktning.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention, together with further objects and advantages thereof, is best understood by reference to the following description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. 1A is a sectional view of an embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention; FlG. 1B is another sectional view of an embodiment of Fig. 1A; FlG. 1C is yet another sectional view of an embodiment of Fig. 1A; FlG. 1D is a sectional view of an embodiment of Fig. 1A, when a rotor actuator part and a stator actuator part are displaced from alignment; 10 15 20 25 30 535 378 4 FIG. 2 is a sectional view of an embodiment of a rotary machine comprising an electrodynamic actuator according to the present invention; FIG. 3 is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention having electrically conductive loops oriented along the axis; FIG. 4 is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention having permanent magnets on a first side of the rotor actuator part; FIG. 5 is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention having permanent magnets on a first side of the stator actuator part; FIG. 6 is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention having gradually altered magnetic reluctance in a radial direction; FIG. 7 is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention in which a stator actuator part faces a rotor actuator part from two hobs; FIG. 8A is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention having a symmetrical arrangement in the axial direction; FIG. Fig. 8B is another sectional view of the embodiment 1 of Fig. 8A; FIG. 9A is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention having an aligned position with a deliberate displacement between the stator actuator portion and the rotor actuator portion; FIG. 9B is another sectional view of the embodiment of Fig. 9A; FIG. 10 is a sectional view of still another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention having a symmetrical arrangement in the axial direction; FIG. 11 is a diagram illustrating induced and controlled currents through electrically conductive loops; FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a rotating machine with a control unit for controlling currents through electrically conductive loops; FIG. 13 is a flow chart of steps in an embodiment of a method according to the present invention; FIG. 14 is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention having dual rotor actuator parts; FIG. 15 is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention which provides additional restoring forces in a radial direction; FIG. 16 is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention having the axis of the rotor as part of the magnetic circuit; FIG. 17 is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention having a three-part rotor actuator part; 10 15 20 25 30 35 535 378 5 FIG. 18 is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention with repulsive permanent magnets; and FIG. 19 is a sectional view of another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention with air gaps directed in the radial direction.

DETALJERAD BESKRIVNING För ritningarna gäller genomgående att samma referensnummer används för liknande eller motsvarande element.DETAILED DESCRIPTION For the drawings, the same reference number is used throughout for similar or corresponding elements.

I föreliggande framställning, definieras ett lagerarrangemang som ett lagerarrangemang, typiskt axlellt, som tillhandahåller åtminstone ett av lagerstyvhet och lagerdämpning i en radiell och/eller axiell riktning. En del av ett sådant lagerarrangemang som tillhandahåller åtminstone en del av någon sådan funktionalitet baserad på någon elektrodynamisk interaktion äri föreliggande framställningen benämnd en elektrodynamisk aktuator.In the present invention, a bearing arrangement is defined as a bearing arrangement, typically axial, which provides at least one of bearing rigidity and bearing damping in a radial and / or axial direction. A portion of such a bearing arrangement that provides at least a portion of any such functionality based on any electrodynamic interaction in the present invention is called an electrodynamic actuator.

Fig. 1A illustrerar schematiskt en utföringsform av en elektrodynamisk aktuator 1 enligt föreliggande uppfinning. Den elektrodynamiska aktuatorn används företrädesvis som eller tillsammans med ett roterande lager i en roterande maskin, och är företrädesvis integrerad som en del av det roterande lagret. Den elektrodynamiska aktuatom är anordnad så att den tillhandahåller en dämpande verkan på rörelser i radiella riktningar. Aktuatorn 1 är till en del fäst vid en rotor 10 och till en del till en stator 20.Fig. 1A schematically illustrates an embodiment of an electrodynamic actuator 1 according to the present invention. The electrodynamic actuator is preferably used as or together with a rotating bearing in a rotating machine, and is preferably integrated as part of the rotating bearing. The electrodynamic actuator is arranged so as to provide a damping effect on movements in radial directions. The actuator 1 is partly attached to a rotor 10 and partly to a stator 20.

En rotoraktuatordel 11 är därvid fäst vid rotom 10 så att den följer med rotorn 10 när denna roterar. En statoraktuatordel 21 är likaledes fäst vid statom 20 så att denna förblir stationär oavsett om rotorn 10 roterar. Statoraktuatordelen 21 och rotoraktuatordelen 11 har därvid en axel 4 för avsedd rotation relativt varandra. En riktning längs axeln, som illustreras av en pil, är i den föreliggande framställningen benämnd som en axiell riktning 2. Likaledes, en riktning vinkelrät mot den axiella riktningen 2 i samma plan som den axiella riktningen 2 benämns här som en radiell riktning 3.A rotor actuator part 11 is then attached to the rotor 10 so that it follows the rotor 10 when it rotates. A stator actuator member 21 is likewise attached to the stator 20 so that it remains stationary regardless of whether the rotor 10 rotates. The stator actuator part 21 and the rotor actuator part 11 then have an axis 4 for intended rotation relative to each other. A direction along the axis, which is illustrated by an arrow, is in the present representation referred to as an axial direction 2. Likewise, a direction perpendicular to the axial direction 2 in the same plane as the axial direction 2 is referred to herein as a radial direction 3.

Aktuatorn 1 består av en magnetisk krets 30, innefattande ett statormagnetkretselement 22 och ett rotormagnetkretselement 12. Statormagnetkretselementet 22 innefattas i statoraktuatordelen 21 och rotormagnetkretselementet 12 innefattas i rotoraktuatordelen 11. Såväl statormagnetkretselementet 22 som rotormagnetkretselementet 12 innefattar magnetiskt material 13, 23 i syfte att definiera en magnetisk flödesväg. Företrädesvis har det magnetiska materialet en relativ magnetisk permeabilitet om minst 100, Eftersom den magnetiska kretsen 30 har element i både statorn 20 och rotorn 10, kommer ett magnetiskt flöde 32 att passera både statoraktuatordelen 21 och rotoraktuatordelen 11.The actuator 1 consists of a magnetic circuit 30, comprising a stator magnetic circuit element 22 and a rotor magnetic circuit element 12. The stator magnetic circuit element 22 is included in the stator actuator part 21 and the rotor magnetic circuit element 12 is included in the rotor actuator part 11. Both the stator magnetic circuit element 22 väg path of destiny. Preferably, the magnetic material has a relative magnetic permeability of at least 100. Since the magnetic circuit 30 has elements in both the stator 20 and the rotor 10, a magnetic beam 32 will pass both the stator actuator part 21 and the rotor actuator part 11.

Den magnetiska kretsen 30 innefattar även minst två gap 33 mellan statoraktuatordelen 21 och rotoraktuatordelen 11. Den magnetiska kretsen 30 innefattar åtminstone en magnet 31 som inducerar 10 15 20 25 30 35 535 3?B 6 det magnetiska flödet 32 genom statormagnetkretselementet 22 och rotormagnetkretselementet 12. I föreliggande utföringsform. är magneten 31 en perrnanentmagnet 34 som ingår i statormagnetkretselementet 22. Magneten 31 kan i altemativa utföringsformer placeras på andra positioner längs den magnetiska kretsen 30. Även multipla magneter 31 kan användas. i en altemativ utföringsforrn kan det magnetiska flödet 32 istället induceras av ett elektromagnetiskt arrangemang.The magnetic circuit 30 also includes at least two gaps 33 between the stator actuator portion 21 and the rotor actuator portion 11. The magnetic circuit 30 includes at least one magnet 31 which induces the magnetic beam 32 through the stator magnet circuit member 22 and the rotor magnet circuit member 12. In the present embodiment. For example, the magnet 31 is a permanent magnet 34 included in the stator magnet circuit element 22. In alternative embodiments, the magnet 31 may be placed at other positions along the magnetic circuit 30. Multiple magnets 31 may also be used. in an alternative embodiment, the magnetic beam 32 may instead be induced by an electromagnetic arrangement.

Rotormagnetkretselementet 12 är huvudsakligen rotationssymmetriskt med avseende på axeln 4 för avsedd rotation. En första sida 15 av rotormagnetkretselementet 12 uppvisar en variation i magnetiska egenskaper i den radiella riktningen 3 med avseende på axel 4. I föreliggande utföringsform, är denna variation i magnetiska egenskaper realiserad av en variabel reluktans i den radiella riktningen 3. Den första sidan 15 av rotormagnetkretselementet 12 är här försedd med upphöjningar 16 och nedsänkningar 17 i den axiella riktningen 2. Dessa geometriska strukturer ger en variabel reluktans för ett magnetiskt flöde i den axiella riktningen 2.The rotor magnet circuit element 12 is substantially rotationally symmetrical with respect to the axis 4 for the intended rotation. A first side 15 of the rotor magnetic circuit element 12 has a variation in magnetic properties in the radial direction 3 with respect to axis 4. In the present embodiment, this variation in magnetic properties is realized by a variable reluctance in the radial direction 3. The first side 15 of the rotor magnetic circuit element 12 is here provided with elevations 16 and depressions 17 in the axial direction 2. These geometric structures give a variable reluctance for a magnetic flux in the axial direction 2.

På samma sätt, i den föreliggande utformningen, en första sida 25 av statormagnetkretselementet 22 uppvisar en variation i magnetiska egenskaper i den radiella riktningen 3 med avseende på axel 4. Även här, är denna variation i magnetiska egenskaper realiserad av en variabel reluktans med hjälp av geometriska strukturer innefattande upphöjningar 26 och nedsänkningar 27 i den axiella riktningen 2.Similarly, in the present embodiment, a first side 25 of the stator magnetic circuit element 22 has a variation in magnetic properties in the radial direction 3 with respect to axis 4. Again, this variation in magnetic properties is realized by a variable reluctance by means of geometric structures comprising elevations 26 and depressions 27 in the axial direction 2.

Den första sidan 15 av rotormagnetkretselementet 12 är vänd mot den första sidan 25 av statormagnetkretselementet 22. Den första sidan 25 av statonnagnetkretselementet 22 och den första sidan 15 av rotormagnetkretselementet 12 interagerar därmed magnetiskt över gapet 33. I den föreliggande utföringsformen, är upphöjningama 16, 26 positionerade vända mot varandra, och nedsänkningarna 17, 27 är positionerade vända mot varandra, vilket ger upphov till områden med ett trångt gap och områden med ett brett gap. Variationen i de magnetiska egenskapema i den radiella riktningen 3 har den effekten att det magnetiska fältet koncentreras till områden med låg magnetisk reluktans i den axiella riktningen 2. I föreliggande utföringsform kommer nästan allt flöde 32 i den magnetiska kretsen 30 att passera genom områdena med tränga gap. När rotorn 10 roterar utan några radiella förskjutningar, är det magnetiska flödet som passerar mellan statormagnetkretselementet 22 och rotormagnetkretselementet 21 konstant på grund av rotationssymmetrin hos rotormagnetkretselementet 12.The first side 15 of the rotor magnet circuit element 12 faces the first side 25 of the stator magnet circuit element 22. The first side 25 of the staton magnet circuit element 22 and the first side 15 of the rotor magnet circuit element 12 thereby interact magnetically across the gap 33. In the present embodiment, the elevations 16, 26 positioned facing each other, and the depressions 17, 27 are positioned facing each other, giving rise to areas with a narrow gap and areas with a wide gap. The variation in the magnetic properties in the radial direction 3 has the effect that the magnetic field is concentrated in areas of low magnetic reluctance in the axial direction 2. In the present embodiment, almost all the current 32 in the magnetic circuit 30 will pass through the areas with narrow gaps. . When the rotor 10 rotates without any radial displacements, the magnetic pass passing between the stator magnet circuit element 22 and the rotor magnet circuit element 21 is constant due to the rotational symmetry of the rotor magnet circuit element 12.

Statoraktuatordelen 21 innefattar vidare minst en elektriskt ledande slinga 40 som omsluter ett respektive segment 28 av statormagnetkretselementet 22. l denna specifika utföringsform, är de elektriskt ledande slingoma 40 placerade huvudsakligen i ett plan som har en normal riktad i den axiella riktningen 2, dvs. de elektriskt ledande slingorna 40 sträcker sig huvudsakligen i radiella 10 15 20 25 30 35 535 378 7 och/eller tangentiella riktningar. Den elektriskt ledande slingan 40 innefattar elektriskt ledande material, företrädesvis med en elektrisk ledningsförmåga överstigande 10 MS/m och ännu hellre överstigande 30 MS/m. Segmentet 28 av statorrnagnetkretselementet 22 innefattar magnetiskt material 23. Detta segment 28 är vidare anordnat så att den leder ett magnetiskt flöde 32 som har en komponent, skild från noll, genom den motsvarande elektriskt ledande slingan 40. På sätt som beskrivs mera i detalj nedan är segmentet 28 av statonnagnetkretselementet 22 anordnat så att det orsakar en ändring av komponenten, skild från noll, när statoraktuatordelen 21 och rotoraktuatordelen 11 förskjuts relativt varandra iden radiella riktningen 3.The stator actuator part 21 further comprises at least one electrically conductive loop 40 enclosing a respective segment 28 of the stator magnet circuit element 22. In this specific embodiment, the electrically conductive loops 40 are located substantially in a plane having a normal direction in the axial direction 2, i.e. the electrically conductive loops 40 extend substantially in radial and / or tangential directions. The electrically conductive loop 40 comprises electrically conductive material, preferably having an electrical conductivity in excess of 10 MS / m and more preferably in excess of 30 MS / m. The segment 28 of the stator magnetic circuit element 22 comprises magnetic material 23. This segment 28 is further arranged so as to conduct a magnetic flux 32 having a non-zero component through the corresponding electrically conductive loop 40. In the manner described in more detail below, the segment 28 of the staton magnet circuit element 22 arranged so as to cause a change of the component, non-zero, when the stator actuator part 21 and the rotor actuator part 11 are displaced relative to each other in the radial direction 3.

En partiell snittvy av utföringsforrnen illustrerad Fig. 1A tagen längs linjen A-A visas i Fig. 1B.A partial sectional view of the embodiment illustrated in Fig. 1A taken along the line A-A is shown in Fig. 1B.

Upphöjningarna 26 och nedsänkningarna 27 syns tydligt. Upphöjningarna 26 är i denna utföringsform avbrutna av slitsar 29 vid olika tangentiella positioner, och de elektriskt ledande slingoma 40 är placerade genom dessa slitsar 29. I föreliggande utföringsform är varje elektriskt ledande slinga 40 en separat slinga som omsluter ett respektive segment 28 av upphöjningarna 26. l alternativa utföringsformer kan den elektriskt ledande slingan 40 omsluta mer än ett segment 28 och de kan överlappa varandra. De elektriskt ledande slingoma 40 kan även vara elektriskt kopplade till varandra i olika konfigurationen Fig. 1C illustrerar en del av en snittvy av utföringsforrnen illustrerat i Fig. 1a tagen längs linjen B-B. Här visas rotationssymmetrin hos upphöjningarna 16 och nedsänkningarna 17.The elevations 26 and the depressions 27 are clearly visible. The elevations 26 in this embodiment are interrupted by slots 29 at different tangential positions, and the electrically conductive loops 40 are located through these slots 29. In the present embodiment, each electrically conductive loop 40 is a separate loop enclosing a respective segment 28 of the elevations 26. In alternative embodiments, the electrically conductive loop 40 may enclose more than one segment 28 and they may overlap. The electrically conductive loops 40 may also be electrically connected to each other in different configurations. Fig. 1C illustrates a part of a sectional view of the embodiments illustrated in Fig. 1a taken along the line B-B. Shown here is the rotational symmetry of the elevations 16 and the depressions 17.

Fig. 1D illustrerar en del av aktuatorn 1i Fig. 1A, i en situation där rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21 är förskjutna relativt varandra med ett avstånd 5 i den radiella riktningen. På grund av förskjutningen med avståndet 5 reduceras bredden för areorna med smalt gap i gapet 33.Fig. 1D illustrates a part of the actuator 1i in Fig. 1A, in a situation where the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21 are displaced relative to each other by a distance 5 in the radial direction. Due to the displacement by the distance 5, the width of the narrow gap areas in the gap 33 is reduced.

Detta betyder att den magnetiska reluktansen för hela magnetiska kretsen 30 ökar och det magnetiska flödet som går över gapet 33 minskar. Det uppstår då en magnetisk kraft mellan rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21. En axiell komponent av denna magnetiska kraft 6 försöker stänga gapet mellan rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21. Vid små avstånd 5 kommer denna kraft 6 att vara tämligen oförändrad jämfört med vad som finns i det upplinjerade tillståndet. En radiell komponent av den magnetiska kraften försöker reducera avståndet 5. Denna magnetiska kraft verkar då på liknande sätt som visas i WO 01/84693.This means that the magnetic reluctance of the entire magnetic circuit 30 increases and the magnetic som across the gap 33 decreases. A magnetic force is then created between the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21. An axial component of this magnetic force 6 tries to close the gap between the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21. At small distances 5 this force 6 will be relatively unchanged compared to what is in it. aligned the state. A radial component of the magnetic force tries to reduce the distance 5. This magnetic force then acts in a similar way as shown in WO 01/84693.

Om situationen i Fig. 1D är stationär, dvs. de magnetiska krafterna kompenseras i någon mening, kommer flödet genom gapet 33 och segmenten 28 som omsluts av de elektriskt ledande slingorna 40 att vara konstant på grund av rotationssymmetrin av rotormagnetkretselementet 12. Därigenom induceras inga strömmar i de elektriskt ledande slingorna 40. Emellertid, under övergången mellan 10 15 20 25 30 35 535 378 8 situationerna i Fig. 1A respektive Fig. 1D, kommer flödet att ändras, dvs. flödet har en tidsderivata som inte är noll. Det samma gäller om de magnetiska krafterna tillåts reducera avståndet 5. Under sådana händelser kommer virvelströmmar att induceras i de elektriskt ledande slingorna 40. Denna ström kommer, enligt den allmänna principen för virvelströmmar, att motverka flödesändringen som ger upphov till virvelströmmen, dvs. motverka förskjutningsändringen, oavsett i vilken riktning förskjutningen har ändrats. På så sätt erhålls en dâmpande verkan.If the situation in Fig. 1D is stationary, i.e. the magnetic forces are compensated in some sense, the fate through the gap 33 and the segments 28 enclosed by the electrically conductive loops 40 will be constant due to the rotational symmetry of the rotor magnetic circuit element 12. Thereby no currents are induced in the electrically conductive loops 40. However, during the transition between the situations in Fig. 1A and Fig. 1D, respectively, the fate will change, i.e. fl fate has a time derivative that is not zero. The same applies if the magnetic forces are allowed to reduce the distance 5. During such events, eddy currents will be induced in the electrically conductive loops 40. This current will, according to the general principle of eddy currents, counteract the flow change which gives rise to the eddy current, i.e. counteract the displacement change, regardless of the direction in which the displacement has changed. In this way a damping effect is obtained.

Den återförande magnetiska kraften i radiell riktning beror enbart på den momentana storleken av förskjutningen, dvs. avståndet 5. Ett sådant beroende agerar således som en fiäder som försöker föra rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21 relativt varandra mot en gemensam jämviktspunkt.The returning magnetic force in the radial direction depends only on the instantaneous magnitude of the displacement, ie. the distance 5. Such a dependence thus acts as a spring which tries to move the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21 relative to each other towards a common equilibrium point.

Eftersom bara förskiutningen i sig är av betydelse, betyder det emellertid att ingen dämning finns förhanden. Omvänt, de motverkande kraftema som skapas av virvelströmmama i de elektriskt ledande slingoma 40 är däremot beroende av förskjutningsändringens hastighet. Om förskjutningen inte ändrar sig, så är kraften som produceras av de elektriskt ledande slingorna 40 noll. Ytterligare, även om försklutningen är riktad rakt mot det läge där rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21 är perfekt upplinjerade med varandra, kommer kraften skapad av den elektriskt ledande slingan 40 att motverka även sådana förändringar. Med andra ord, alla former av rörelser motarbetas, vilket betyder att dämpning tillhandahålls.However, since only the displacement itself is important, it means that no dam is present. Conversely, the counteracting forces created by the eddy currents in the electrically conductive loops 40, on the other hand, depend on the speed of the displacement change. If the displacement does not change, then the force produced by the electrically conductive loops 40 is zero. Furthermore, even if the offset is directed straight towards the position where the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21 are perfectly aligned with each other, the force created by the electrically conductive loop 40 will also counteract such changes. In other words, all forms of movement are counteracted, which means that damping is provided.

Genom att utnyttja variationer i de magnetiska egenskaperna i den radiella riktningen 3 kan förändringar i det magnetiska flödet genom de elektriskt ledande slingorna 40 förstärkas, varigenom en stark dâmpande verkan kan erhållas, jämfört med lösningar enligt teknikens ståndpunkt. Segmentet 28 i statormagnetkretselementet 22 är därigenom arrangerat så att de orsakar en komponent skild från noll att ändras när statoraktuatordelen 21 och rotoraktuatordelen 11 bringas i rörelse relativt varandra i radiell riktning 3.By utilizing variations in the magnetic properties in the radial direction 3, changes in the magnetic beam through the electrically conductive loops 40 can be amplified, whereby a strong damping effect can be obtained, compared with solutions according to the prior art. The segment 28 of the stator magnet circuit element 22 is thereby arranged so as to cause a non-zero component to change when the stator actuator part 21 and the rotor actuator part 11 are moved relative to each other in radial direction 3.

Fig. 2 illustrerar schematiskt en roterande maskin 9 innefattande en stator 20 och en rotor 10. Den roterande maskinen 9 innefattar av åtminstone en elektrodynamisk aktuator 1 i enlighet med principema som visas i den föreliggande framställningen. Rotoraktuatordelen 11 är fäst vid rotom 10 och statoraktuatordelen 21 är fäst vi statorn 20.Fig. 2 schematically illustrates a rotating machine 9 comprising a stator 20 and a rotor 10. The rotating machine 9 comprises at least one electrodynamic actuator 1 in accordance with the principles shown in the present representation. The rotor actuator part 11 is attached to the rotor 10 and the stator actuator part 21 is attached to the stator 20.

Det finns många variationer i den detaljerade konfigurationen av statoraktuatordelen 21 och rotoraktuatordelen 11, där alla ger en teknisk effekt relativt teknikens ståndpunkt enligt ovan. ln Fig. 3, visas en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator 1. l denna utföringsform omsluter en elektriskt ledande slinga 40 statormagnetkretselementet 22 vid ett segment som sammanbinder två grupper av upphöjningar 26, mellan vilka ett magnetfält flödar. I denna 10 15 20 25 30 35 535 378 9 utförlngsform flödar det magnetiska fältet genom den elektriskt ledande slingan 40 i en radiell riktning 3. Emellertid ger varje förändring i de geometriska förhållandena mellan upphöjningama 26 vid statoraktuatordelen 21 och nedsänkningarna 16 vid rotoraktuatordelen 11 även upphov till en förändring av det magnetiska flöde som passerar genom den elektriskt ledande slingan 40. En fördel med denna utförlngsform år att det är typiskt sett mera plats för en elektriskt ledande slinga 40 i en sådan position. ln Fig. 4, visas en annan utförlngsform av en elektrodynamisk aktuator 1. l denna utförlngsform uppvisar den första sidan 15 av rotormagnetkretselementet 12 också en variation av de magnetiska egenskaperna i radiell riktning 3 med avseende på axel 4. l föreliggande utföringsforrn används emellertid denna variation till att ge en variabel magnetisering i radiell riktning 3. Permanentmagneter 34 tillhandhàlls på den yta av rotoraktuatordelen 11 som är vänd mot första sidan av statoraktuatordelen 21. Permanentmagneter 34 är sköra och är därför företrädesvis mekaniskt stöttade i radiell nktning med solitt omagnetiskt material 39. En fördel med en sådan utförlngsform är att rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21 kan göras mindre, eftersom både magnetiseringen och variationen i radiell riktning tillhandahålls av en och samma struktur.There are many variations in the detailed configuration of the stator actuator part 21 and the rotor actuator part 11, all of which give a technical effect relative to the prior art as above. Fig. 3 shows another embodiment of an electrodynamic actuator 1. In this embodiment, an electrically conductive loop 40 encloses the stator magnetic circuit element 22 at a segment connecting two groups of elevations 26, between which a magnetic field flows. In this embodiment, the magnetic field through the electrically conductive loop 40 deserts in a radial direction 3. However, any change in the geometric relationship between the elevations 26 at the stator actuator portion 21 and the depressions 16 at the rotor actuator portion 11 also gives rise to to a change in the magnetic flux passing through the electrically conductive loop 40. An advantage of this embodiment is that there is typically more space for an electrically conductive loop 40 in such a position. In Fig. 4, another embodiment of an electrodynamic actuator 1 is shown. In this embodiment, the first side 15 of the rotor magnetic circuit element 12 also has a variation of the magnetic properties in radial direction 3 with respect to shaft 4. to provide a variable magnetization in radial direction 3. Permanent magnets 34 are provided on the surface of the rotor actuator part 11 facing the first side of the stator actuator part 21. Permanent magnets 34 are brittle and are therefore preferably mechanically supported in radial direction with solid non-magnetic material 39. A advantage of such an embodiment is that the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21 can be made smaller, since both the magnetization and the variation in radial direction are provided by one and the same structure.

Det är även möjligt att utnyttja permanentmagneter 34 för att tillhandahålla variationen i de magnetiska egenskaperna i statoraktuatordelen 21, såsom visas av en utföringsform i Fig. 5. Detta är vanligen en fördel om den roterande maskinen till vilken den beskrivna aktuatorn 1 är kopplad, arbetar vid högt varvtal, eftersom det inte uppstår några centrifugalkrafter på några perrnanentmagneter i statoraktuatordelen 21. l ytterligare alternativ en utförlngsform kan magneter som inducerar det magnetiska flödet i den magnetiska kretsen 30 även placeras både i rotoraktuatordelen 11 och i statoraktuatordelen 21. Även om permanentmagneter är att föredra i de flesta applikationer kan dock även elektromagneter användas.It is also possible to use permanent magnets 34 to provide the variation in the magnetic properties of the stator actuator part 21, as shown by an embodiment in Fig. 5. This is usually an advantage if the rotating machine to which the described actuator 1 is connected operates at high speed, since no centrifugal forces occur on any permanent magnets in the stator actuator part 21. In a further alternative, an embodiment of magnets which induces the magnetic in most applications, however, electromagnets can also be used.

Fig. 6 illustrerar ytterligare en princip för hur en variation av de magnetiska egenskapema kan ordnas i radiell riktning 3. Här är den första ytan 15, 25 av rotoraktuatordelen 11 respektive statoraktuatordelen 21 flata. istället varierar kompositionen av material i radiell riktning så att en variabel magnetiska reluktans erhålls. Detta har indikerats med olika skuggning på ytregionen. Denna utförlngsform har fördelen av att ytorna som roterar nära varandra är släta vilket medför en minskad risk för skadeverkning om lagrets funktion i axiell riktning tillfälligt sviktar.Fig. 6 further illustrates a principle for how a variation of the magnetic properties can be arranged in radial direction 3. Here the first surface 15, 25 of the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21, respectively, are flat. instead, the composition of material varies in the radial direction so that a variable magnetic reluctance is obtained. This has been indicated by different shading on the surface region. This embodiment has the advantage that the surfaces rotating close to each other are smooth, which entails a reduced risk of damage if the bearing 'function in the axial direction temporarily fails.

Så här långt har de illustrerade utförlngsformerna visat gap i ett enstaka plan i radiell riktning. Som dock nämnts förut vill de rena magnetkrafterna mellan rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 10 15 20 25 30 35 535 378 10 21 tendera att attrahera varandra. En stark kraft i axiell riktning uppstår då. Detta kan användas som en fördel i applikationer där rotom är relativt tung och rotationsaxeln är vertikal. De magnetiska krafterna i axiell riktning kan då assistera i lyftandet av rotorn. En förändring i avståndet mellan rotoraktuatordelen och statoraktuatordelen inverkar även på storleken på det magnetiska flödet som passerar gapet, vilket betyder att även denna typ av rörelse dämpas av de elektriskt ledande slingorna.So far, the illustrated embodiments have shown gaps in a single plane in the radial direction. However, as mentioned before, the pure magnetic forces between the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 10 tend to attract each other. A strong force in the axial direction then arises. This can be used as an advantage in applications where the rotor is relatively heavy and the axis of rotation is vertical. The magnetic forces in the axial direction can then assist in lifting the rotor. A change in the distance between the rotor actuator part and the stator actuator part also affects the magnitude of the magnetic flux passing through the gap, which means that this type of movement is also damped by the electrically conductive loops.

Däremot är dessa krafter inte återförande krafter, utan bara dämpande, så ett axiallager behövs ändå. inte desto mindre, i många applikationer, t.ex. där rotorn är väldigt lätt eller där axeln är horisontell, är de axiellt riktade krafterna en nackdel.However, these forces are not repulsive forces, but only damping, so an axial bearing is still needed. nevertheless, in many applications, e.g. where the rotor is very light or where the shaft is horizontal, the axially directed forces are a disadvantage.

Fig. 7 illustrerar en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator 1, som visar på ett reducerat bidrag till de axiella krafterna när rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21 är perfekt centrerade relativt varandra. Även här behövs dock ett axiallager som ger återförande krafter när axelns position blir offset. inte desto mindre minskas dock den magnetiska biaskraften från den elektrodynamiska aktuatorn 1 signifikant. I denna utföringsforrn innefattar statoraktuatordelen 21 två segment 47, 48, placerade på motstående sidor i axiell riktning 2, till rotoraktuatordelen 11. l denna utföringsform är de två segmenten 47, 48 magnetiska kopplade till varandra genom en statoraktuatorbrygga 49. Två magnetgap 33, 35 finns vid varsin sida om rotoraktuatordelen 11, där båda gapen 33, 35 utgör delar av den magnetiska kretsen 30. De magnetiska krafterna försöker stänga gapen och verkar därför mot varandra, så att den totala påverkan från de magnetiska axialkrafterna reduceras.Fig. 7 illustrates another embodiment of an electrodynamic actuator 1, which shows a reduced contribution to the axial forces when the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21 are perfectly centered relative to each other. Here too, however, an axial bearing is needed which provides restorative forces when the position of the shaft becomes offset. nevertheless, the magnetic bias force from the electrodynamic actuator 1 is significantly reduced. In this embodiment the stator actuator part 21 comprises two segments 47, 48, placed on opposite sides in axial direction 2, to the rotor actuator part 11. In this embodiment the two segments 47, 48 are magnetically connected to each other by a stator actuator bridge 49. Two magnetic gaps 33, 35 at each side of the rotor actuator part 11, where both gaps 33, 35 form parts of the magnetic circuit 30. The magnetic forces try to close the gaps and therefore act against each other, so that the total influence of the magnetic axial forces is reduced.

Segmentet 48 är placerat med ett smalt gap 35 till rotoraktuatordelen 11. Detta kan utnyttjas ytterligare i applikationer som arbetar med en tryckskillnad längs rotoms axel. Exempel på sådana applikationer är t.ex. vakuumpumpar. l föreliggande utföringsform är en yta till segment 48 som är vänd mot rotoraktuatordelen försedd med en spårad struktur 71. Spåren har en spiralform och påverkar gas som finns i gap 35 att röra sig mot axeln 4 när den rotorns plana rotoraktuatordelen 11 roterar snabbt relativt statoraktuatordelen 21. En pumpande verkan uppstår därigenom i enlighet med principer kända som sådana enligt teknikens ståndpunkt. Denna typ av pump är dock företrädesvis kombinerad med smala plana gap som skapar fördelaktiga synergifunktioner. För att inte i för hög grad påverka de magnetiska egenskaperna på aktuatorn i sin helhet, kan den spåriga ytan 71 vara gjord av ett omagnetiskt material, t.ex. en polymer. l alternativa utföringsformer kan istället den spåriga ytan 71 sitta på rotoraktuatordelen 11 och interagera med en plan aktuatoryta på statorn istället. l Fig. 8A, har dessa idéer utvecklats ytterligare. l detta utförande är båda segmenten 47, 48 försedda med variabel reluktans i radiell riktning vända mot matchande strukturer på rotorn. Med andra ord, 10 15 20 25 30 35 535 378 11 rotormagnetkretselementet 12 har en andra sida 19, riktad åt motsatt håll i axiell riktning mot den första sidan 15. En andra sida 46 på statormagnetkretselementet 22 är vänd mot den andra sidan 19 på rotormagnelkretselementet 12, separerade av gapet 35. Den andra sidan 46 av statormagnetkrets- elementet 22 är i magnetisk kontakt med den första sidan 15 av statormagnetkretselementet 22.The segment 48 is located with a narrow gap 35 to the rotor actuator part 11. This can be used further in applications that work with a pressure difference along the axis of the rotor. Examples of such applications are e.g. vacuum pumps. In the present embodiment, a surface of segment 48 facing the rotor actuator part is provided with a grooved structure 71. The grooves have a helical shape and actuate gas present in the gap 35 to move towards the shaft 4 when the rotor flat rotor actuator part 11 rotates rapidly relative to the stator actuator part 21. A pumping effect thereby arises in accordance with principles known as such according to the state of the art. However, this type of pump is preferably combined with narrow flat gaps that create advantageous synergy functions. In order not to affect too much the magnetic properties of the actuator as a whole, the grooved surface 71 may be made of a non-magnetic material, e.g. a polymer. In alternative embodiments, the grooved surface 71 may instead sit on the rotor actuator portion 11 and interact with a flat actuator surface on the stator instead. In Fig. 8A, these ideas have been further developed. In this embodiment, both segments 47, 48 are provided with variable reluctance in radial direction facing matching structures on the rotor. In other words, the rotor magnet circuit element 12 has a second side 19, directed in the opposite direction in the axial direction to the first side 15. A second side 46 of the stator magnet circuit element 22 faces the second side 19 of the rotor magnet circuit element. 12, separated by the gap 35. The second side 46 of the stator magnetic circuit element 22 is in magnetic contact with the first side 15 of the stator magnetic circuit element 22.

Dessutom, uppvisar den andra sidan 46 av statormagnetkretselementet åtminstone en av en variabel reiuktans och en variabel magnetisering i en radiell riktning 3 med avseende på axel 4, och den andra sidan 19 på rotormagnetkretselementet 12 uppvisar åtminstone en av en variabel reiuktans och en variabel magnetisering i en radiell riktning 3 med avseende på axel 4.In addition, the other side 46 of the stator magnet circuit element has at least one of a variable reluctance and a variable magnetization in a radial direction 3 with respect to axis 4, and the other side 19 of the rotor magnet circuit element 12 has at least one of a variable reluctance and a variable magnetization in a radial direction 3 with respect to axis 4.

Elektriskt ledande slingor 40 tillhandahålls även på den andra sidan 46 på statormagnetkretselementet 22, med syfte att fånga upp förändringar i magnetflödet 32 även på denna del av magnetkretsen 30.Electrically conductive loops 40 are also provided on the other side 46 of the stator magnetic circuit element 22, for the purpose of capturing changes in the magnetic field 32 also on this part of the magnetic circuit 30.

Dessutom tillhandahålls ytterligare en elektriskt ledande slinga 41 runt rotormagnet kretselementet 12, i radiell riktning 3. Denna elektriskt ledande slinga 41 är positionerad inuti statorns aktualorbrygga 49 och fångar dänned upp alla flödesändringar i gapen 33, 35.In addition, a further electrically conductive loop 41 is provided around the rotor magnet circuit element 12, in radial direction 3. This electrically conductive loop 41 is positioned inside the actuator bridge 49 of the stator and thereby captures all fate changes in the gaps 33, 35.

På detta sätt tillhandahåll elektriskt ledande slingor 40, 41 för att effektivt detektera och motverka alla relativa rörelser mellan rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21 i radiell riktning 3. Däremot kommer relativa rörelser mellan rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21 iaxiell riktning 2 inte att påverka det magnetiska flödet nämnvärt, eftersom en minskning av gapets avstånd på ena sidan av rotoraktuatordelen 11 kompenseras av en motsvarande ökning av gapets avstånd på den andra sidan.In this way, electrically conductive loops 40, 41 for effectively detecting and counteracting all relative movements between the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21 in radial direction 3 are provided. , since a decrease in the gap distance on one side of the rotor actuator part 11 is compensated by a corresponding increase in the gap distance on the other side.

Detta är resultatet av att det är samma magnetiska flöde som passerar båda gapen 33, 35. På samma sätt, även de magnetiska krafterna i den axiella riktningen är ömsesidigt kompenserade. En rörelse i den axiella riktningen kommer visserligen att minska ett av gapen 33,35, men kommer istället att öka det andra gapet lika mycket. De resulterande magnetiska kraftema i axiell riktning är därför huvudsakligen kompenserade. Även i denna utföringsform kan spårade strukturer 71 användas föra att uppnå en pumpande verkan.This is the result of the same magnetic flux passing through both gaps 33, 35. In the same way, the magnetic forces in the axial direction are also mutually compensated. A movement in the axial direction will admittedly reduce one of the gaps 33.35, but will instead increase the other gap by the same amount. The resulting magnetic forces in the axial direction are therefore mainly compensated. Also in this embodiment, grooved structures 71 can be used to achieve a pumping effect.

För detta syfte är volymen mellan upphöjningarna i rotoraktuatordelen 11 fylld med omagnetlskt material och den spårade strukturen 71 tillhandahålls ovanpå dessa, utnyttjande statoraktuatordelen 21 som den motsatta plana pumpande strukturen. Notera att spàren vid gapen 33 respektive 35 är spiralformade i motsatt riktning för att erhålla en kombinerad pumpande verkan. Även här kan det i vissa fall vara användbart att byta plats på den spårade strukturen 71 och de plana ytorna mellan rotor och stator.For this purpose, the volume between the elevations in the rotor actuator part 11 is filled with non-magnetic material and the grooved structure 71 is provided on top of these, utilizing the stator actuator part 21 as the opposite planar pumping structure. Note that the grooves at gaps 33 and 35, respectively, are helical in the opposite direction to obtain a combined pumping action. Here too, in some cases it may be useful to change places on the grooved structure 71 and the flat surfaces between rotor and stator.

Fig. 8B illustrerar en snittvy av samma utföringsform som i Fig. 8A, men vinkelrätt mot rotationsaxeln, längs linje C-C. Här kan noteras att även de elektriskt ledande slingorna 40, 41 som omsluter 10 15 20 25 30 35 535 378 12 segmentet 28 av statormagnetkretselementet 22 även omsluter rotationsaxeln. De elektriskt ledande slingoma 40, 41 år därför i den föreliggande utföringsformen företrädesvis realiserad som solida kopparringar fastlödda i nedsänkningarna i statoraktuatordelen 21.Fig. 8B illustrates a sectional view of the same embodiment as in Fig. 8A, but perpendicular to the axis of rotation, along line C-C. Here it can be noted that also the electrically conductive loops 40, 41 which enclose the segment 28 of the stator magnetic circuit element 22 also enclose the axis of rotation. The electrically conductive loops 40, 41 are therefore in the present embodiment preferably realized as solid copper rings soldered in the depressions in the stator actuator part 21.

En fördel med designen i Fig. 8B år att förlusterna minimeras p.g.a. det rotationssymmetriska magnetfältet. En annan fördel år att utföringsformen är relativt lätt att tillverka.An advantage of the design in Fig. 8B is that the losses are minimized due to the rotationally symmetrical magnetic field. Another advantage is that the embodiment is relatively easy to manufacture.

Med referens återigen till Fig. 8A, är det värt att notera att eftersom de geometriska strukturerna på rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21 i föreliggande utföringsform är i fas med varandra, så erhålls ett maximalt magnetflöde 32 genom den magnetiska kretsen 30 när rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21 är perfekt upplinjerade i radiell riktning. All avvikelse från detta förhållande kommer att reducera magnetflödet 32. Med en sådan design, kommer all radiell rörelse av rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21 att resultera antingen i ökad eller konstant reluktans i gapen i alla delar av den magnetiska kretsen elleri minskad eller konstant reluktans i gapen ialla delar av den magnetiska kretsen. Med andra ord, det finns ingen möjlig radiell rörelse med konfigurationen i föreliggande utföringsform som får den magnetiska reluktansen att öka i en del av den magnetiska kretsen och att minska i andra delar. Detta är orsaken till att de elektriskt ledande slingorna 40, 41 tillåts att omsluta rotationsaxeln 4.Referring again to Fig. 8A, it is worth noting that since the geometric structures of the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21 in the present embodiment are in phase with each other, a maximum magnet fl gap 32 is obtained through the magnetic circuit 30 when the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21 are perfectly aligned in the radial direction. Any deviation from this relationship will reduce the magnetic flux 32. With such a design, any radial movement of the rotor actuator portion 11 and the stator actuator portion 21 will result in either increased or constant reluctance in the gaps in all portions of the magnetic circuit or decreased or constant reluctance in the gaps. in all parts of the magnetic circuit. In other words, there is no possible radial movement with the configuration in the present embodiment which causes the magnetic reluctance to increase in one part of the magnetic circuit and to decrease in other parts. This is the reason why the electrically conductive loops 40, 41 are allowed to enclose the axis of rotation 4.

De magnetiska återförande krafterna i radiell riktning år tämligen starka i utföringsformen ovan. l ytterligare en annan utföringsform, illustrerad i Fig. 9A, år de magnetiskt återförande krafterna i radiell riktning reducerade på samma gång som den dämpande funktionen är väsentligen den samma eller bättre. Delta åstadkommes genom att medvetet introducera en avvikelse mellan de geometriska strukturema på rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21. Notera att Fig. 9A är ritad i den avsiktliga upplinjerade positionen mellan rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21. Når rotorn 10 och statorn 20 roterar i en upplinjerad relation är upphöjningama 26 på statoraktuatordelen 21 placerade på en mindre radie än upphöjningama 16 på rotoraktuatordelen 11. De magnetiska krafterna på en punkt utmed aktuatorn 1 kommer att försöka förskjuta statorn utåt. Emellertid kommer en sådan förflyttning att resultera i en större avvikelse på motsatt sida av aktuatorn 1. De magnetiska krafterna strävar i motsatt riktning och kommer därmed att kompensera varandra, åtminstone i en viss grad.The magnetic return forces in the radial direction are quite strong in the above embodiment. In yet another embodiment, illustrated in Fig. 9A, the magnetically repulsive forces in the radial direction are reduced at the same time as the damping function is substantially the same or better. Delta is accomplished by deliberately introducing a deviation between the geometric structures of the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21. Note that Fig. 9A is drawn in the intentionally aligned position between the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21. When the rotor 10 and the stator 20 rotate in an aligned relationship the elevations 26 on the stator actuator part 21 placed at a smaller radius than the elevations 16 on the rotor actuator part 11. The magnetic forces at a point along the actuator 1 will try to displace the stator outwards. However, such a movement will result in a larger deviation on the opposite side of the actuator 1. The magnetic forces strive in the opposite direction and will thus compensate each other, at least to some extent.

Samtidigt bibehålls en dämpande verkan. Om en rörelse i en riktning uppstår, kommer en förändring av det magnetiska flödet att uppstå på båda sidorna av rotorn. På ena sidan ökar det magnetiska flödet eftersom reluktansen minskar när upphöjningama 16 and 26 kommer närmare en matchande position. På motstående sida kommer emellertid flödet att minska, eftersom reluktansen ökar när 10 15 20 25 30 35 535 378 13 upphöjningarna 16 and 26 förskjuts ifrån varandra. Om emellertid varje elektriskt ledande slinga 40, 41 endast täcker en del av statoraktuatordelen 21 längs en langentiell riktning, så kan båda dessa förändringar detekteras och användas för att skapa dämpande virvelströmmar. I Fig. 98, visas en snittvy D-D vinkelrätt mot axeln 4 av en utföringsiorm. De elektriskt ledande siingorna 40 tillhandahålls här av en solid kopparskiva försedd med hål för segmenten 28. Med andra ord, de elektriskt ledande siingorna 40 innefattar fasta omagnetiska elektriskt ledande metallstycken. l denna utföringsforrn tillhandahålls fyra tvärförbindningar 55 i radiell riktning, som tillåter att fyra väsentligen oberoende virvelströmmar går genom kopparplåten. Strömmarna i två motstående sidor av kopparplåten kommer typiskt sett att cirkulera i motsatta riktningar jämfört med varandra. Men strömmarna i de olika delarna kommer hursomhelst alltid att sträva efter att motverka all rörelse.At the same time, a dampening effect is maintained. If a movement in one direction occurs, a change in the magnetic fate will occur on both sides of the rotor. On the one hand, the magnetic ökar fate increases as the reluctance decreases as the elevations 16 and 26 come closer to a matching position. On the opposite side, however, the fate will decrease as the reluctance increases as the elevations 16 and 26 are displaced apart. However, if each electrically conductive loop 40, 41 covers only a portion of the stator actuator portion 21 along a longitudinal direction, then both of these changes can be detected and used to create attenuating eddy currents. In Fig. 98, a sectional view D-D perpendicular to the axis 4 of an embodiment arm is shown. The electrically conductive sieves 40 are provided here by a solid copper plate provided with holes for the segments 28. In other words, the electrically conductive sieves 40 comprise solid non-magnetic electrically conductive metal pieces. In this embodiment, four transverse connections 55 are provided in the radial direction, which allow four substantially independent eddy currents to pass through the copper plate. The currents in two opposite sides of the copper plate will typically circulate in opposite directions compared to each other. But the currents in the different parts will in any case always strive to counteract all movement.

Avbrotten i upphöjningarna 26 har den fördelen att de förhindrar att det magnetiska fältet tar en väg längs upphöjningarna 26 istället för att passera gapen, när det råder en skillnad mellan olika sidor av statoraktuatordelen 21. Dämpningen blir därigenom mera effektiv. Dock orsakar avbrotten i det rotationssymmetriska magnetfältet vissa förluster. Denna effekt kan minskas genom att införa en smal polbrygga på ytan av statoraktuatordelen 21 ovanpå de elektriskt ledande siingorna 40, 41. Ett annat sätt att erhålla en tvärförbindning är att istället förse upphöjningarna 26 med häl. Storleken på dessa hål bestäms av en kompromiss mellan önskan att ha rotationssymmetriska magnetiska egenskaper och önskan att förhindra magnetfält som propagerar längs upphöjningarna. och slutligen av att ha en tillräcklig tvärkopplingsarea för de elektriskt ledande siingorna 40.The interruptions in the elevations 26 have the advantage that they prevent the magnetic field from taking a path along the elevations 26 instead of passing the gaps, when there is a difference between different sides of the stator actuator part 21. The attenuation thereby becomes more effective. However, the interruptions in the rotationally symmetrical magnetic field cause some losses. This effect can be reduced by inserting a narrow pole bridge on the surface of the stator actuator part 21 on top of the electrically conductive sieves 40, 41. Another way of obtaining a cross connection is to provide the elevations 26 with heels instead. The size of these holes is determined by a compromise between the desire to have rotationally symmetrical magnetic properties and the desire to prevent magnetic fields propagating along the ridges. and finally by having a sufficient cross-coupling area for the electrically conductive screens 40.

Altemativt kan tvärkopplingarna utgöras av det magnetiska materialet självt, dvs. genom upphöjningarna. Om vidden på upphöjningama 26 är tillräckligt liten, så blir den elektriska resistansen i radiell riktning tillräckligt liten för att möjliggöra elektriskt ledande slinga 40 att innefatta en del av upphöjningarna 26. Med andra ord, de elektriskt ledande slingoma 40 innefattar till en del en del av statorrnagnetkretselementet.Alternatively, the cross-couplings can consist of the magnetic material itself, ie. through the elevations. If the width of the elevations 26 is small enough, then the electrical resistance in the radial direction becomes small enough to enable electrically conductive loop 40 to include a portion of the elevations 26. In other words, the electrically conductive loops 40 comprise in part a portion of the stator magnetic circuit element.

Baserad på Fig. 9A, i en ytterligare alternativ utföringsform, används tråd till de elektriskt ledande siingorna. Eftersom designen i sig resulterar i strömmar med olika riktning i motstående sidor av statoraktuatordelen, är trådarna ihopkopplade med de elektriskt ledande siingorna på motsatt sida, och men emellertid i motsatt riktning. Med andra ord, trådarna ligger i spolar lindade medurs runt ena sektorn av statoraktuatordelen och moturs runt en motstående sektorn, för att erhålla de radiella dämpeffekterna, i synnerhet grundtonen av varje oscillation.Based on Fig. 9A, in a further alternative embodiment, wire is used for the electrically conductive sieves. Since the design itself results in currents with different directions in opposite sides of the stator actuator part, the wires are connected to the electrically conductive sieves on the opposite side, and yet in the opposite direction. In other words, the wires lie in coils wound clockwise around one sector of the stator actuator part and counterclockwise around an opposite sector, in order to obtain the radial damping effects, in particular the fundamental tone of each oscillation.

Företrädesvis används även en elektriskt ledande slinga 41 som omsluter alla gapen mellan rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen 21. En sådan elektriskt ledande slinga 41 kommer att ha 10 15 20 25 30 35 535 378 14 en begränsad effekt på grundtonen av varje oscillation, men kan däremot effektivt dämpa en första överton av varje oscillation.Preferably, an electrically conductive loop 41 is also used which encloses all the gaps between the rotor actuator part 11 and the stator actuator part 21. Such an electrically conductive loop 41 will have a limited effect on the fundamental tone of each oscillation, but can effectively attenuate a first harmonic of each oscillation.

Den dämpande effekten beror av flera parametrar, t.ex. vidden på gapet och förändringshastigheten hos de magnetiska egenskapema i radiell riktning. l de fall där geometriska former används, är även vidden av upphöjningarna av stor betydelse. I allmänhet är det så att ändringen i det magnetiska flödet över gapet är större i utforrnningar som har många smala upphöjningar jämfört med utformningar med färre men bredare sådana. Effekten ökar dessutom med minskande storlek på gapet. Små geometriska strukturer kommer att vara mera känsliga för relativa rörelser. På detta sätt kan aktuatorn designas så att den ger nästan vilken önskad dämpande effekt som helst.The damping effect depends on several parameters, e.g. the width of the gap and the rate of change of the magnetic properties in the radial direction. In cases where geometric shapes are used, the width of the elevations is also of great importance. In general, the change in the magnetic flux across the gap is greater in designs that have many narrow elevations compared to designs with fewer but wider ones. The effect also increases with decreasing size of the gap. Small geometric structures will be more sensitive to relative movements. In this way, the actuator can be designed so that it provides almost any desired damping effect.

Fig. 10 illustrerar en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator 1, som visar en annan lösning till ett dubbelsidigt koncept. l detta fall har statoraktuatordelen 21 segment 47, 48 på motstående sidor av rotoraktuatordeien 11. Men istället för att ha en aktuatorbrygga på statorn, så sluts den magnetiska kretsen av två magnetiska kretsar genom rotoraktuatordeien 11. En sådan utföringsform kan tillverkas tunnare i radiell riktning och fortfarande ha lika många gap. Magneter kan tillhandahållas på såväl ena segmentet som båda segmenten på statoraktuatordelen 21 och/eller i rotoraktuatordeien 1 1.Fig. 10 illustrates another embodiment of an electrodynamic actuator 1, showing another solution to a double-sided concept. In this case, the stator actuator part 21 has segments 47, 48 on opposite sides of the rotor actuator part 11. But instead of having an actuator bridge on the stator, the magnetic circuit is closed by two magnetic circuits through the rotor actuator part 11. Such an embodiment can be made thinner in radial direction and still have the same number of gaps. Magnets can be provided on one segment as well as both segments on the stator actuator part 21 and / or in the rotor actuator part 1 1.

Ett sätt att kontrollera dämpningen av aktuatorn är att tillhandahålla en anpassad design rörande vidden av upphöjningarna, gapen osv. etc. l andra applikationer däremot kan dämpningsbehovet inte räcka till eller det kan behöva ändras med tiden. Dämpningsfunktionen beror på genereringen av virvelströmmar i de elektriskt ledande slingorna. Eftersom de elektriskt ledande slingorna sitter på statorsidan, är virvelströmmarna en kvantitet som lätt kan mätas. Genom att koppla en eller flera ledande slingor 40 till en kontrollenhet 90, som illustreras i Fig. 12, kan virvelströmmama övervakas som en funktion av tiden. Fig. 11 är ett diagram som visar tidsförloppet över en sådan virvelström 101.One way to control the damping of the actuator is to provide a custom design regarding the width of the elevations, gaps, etc. etc. In other applications, on the other hand, the damping requirement may not be sufficient or it may need to change over time. The damping function depends on the generation of eddy currents in the electrically conductive loops. Since the electrically conductive loops are located on the stator side, the eddy currents are a quantity that can be easily measured. By connecting one or more conductive loops 40 to a control unit 90, as illustrated in Fig. 12, the eddy currents can be monitored as a function of time. Fig. 11 is a graph showing the time course of such an eddy current 101.

Sådan övervakning öppnar även upp för att styra dåmpkraften aktivt.Such monitoring also opens up to actively control the damping force.

Om dåmpkraften som spontant tillhandahålls av virvelströmmama i ett aktuatorsystem anses vara för små, så ger tidsförloppet över virvelströmmarna i vilket fall information om när och hur strömmar genom de elektriskt ledande slingorna ger en dämpande effekt. Sådan tidsinformation kan vara svår att erhålla på andra sätt. Men inte bara att övervaka virvelströmmarna, utan även att kontrollera dem ger en möjlighet att kontrollera dämpeffekten och/eller styvheten i lagret. Kontrollenheten 90 (Fig. 12) är därigenom arrangerad för att kontrollera strömmar genom de elektriskt ledande slingorna. Om kontrollenheten ökar en ström genom de elektriskt ledande slingorna så att en total ström 102 som har samma fas som den rena virvelströmmen 101, men högre amplitud, matas till de elektriskt ledande 10 15 20 25 30 35 535 378 15 slingorna, sà ökas dämpverkan. Att skifta fasen pà den tillförda strömmen, som i kurva 4, kan även det spela en viktig roll, särskilt om spolens induktans är hög.If the damping force spontaneously provided by the eddy currents in an actuator system is considered to be too small, then the time course across the eddy currents in which case provides information on when and how currents through the electrically conductive loops provide a damping effect. Such time information can be difficult to obtain in other ways. But not only monitoring the eddy currents, but also controlling them provides an opportunity to control the damping effect and / or the rigidity of the bearing. The control unit 90 (Fig. 12) is thereby arranged to control currents through the electrically conductive loops. If the control unit increases a current through the electrically conductive loops so that a total current 102 having the same phase as the pure eddy current 101, but higher amplitude, is fed to the electrically conductive loops, the attenuation effect is increased. Shifting the phase of the applied current, as in curve 4, can also play an important role, especially if the inductance of the coil is high.

På liknande sätt, om dämpningen som genereras av en ren virvelström är för stor, kan dämpningen motverkas genom att tillföra en ström i motsatt riktning till virvelströmmen. Den totala strömmen kan se ut som i kurva 103. l extrema fall, kan dämpningen även kontrolleras till att bli negativ, d.v.s. en total ström som flyter genom den elektriskt ledande slingan flyter i motsatt riktning till vad en okontrollerad virvelström skulle göra. En vibration i en sådan maskin kan på detta sätt avsiktligt ökas.Similarly, if the attenuation generated by a pure eddy current is too large, the attenuation can be counteracted by applying a current in the opposite direction to the eddy current. The total current can look like in curve 103. In extreme cases, the attenuation can also be controlled to become negative, i.e. a total current flowing through the electrically conductive loop flows in the opposite direction to what an uncontrolled eddy current would do. A vibration in such a machine can be intentionally increased in this way.

Fackmannen inser lätt, att sätten att kontrollera dämpeffekten kan varieras på många sätt. Eftersom en elektrisk anslutning till de elektriskt ledande slingoma redan finns är det fördelaktigt att använda de elektriskt ledande slingorna själva även för de kontrollerade strömmarna. Det är dock fullt möjligt att lägga till separata ledande slingor, företrädesvis parallellt med de ursprungliga elektriskt ledande slingorna, i vilka en korrigeringsström leds. Den totala effekten på den roterande maskinen kommer huvudsakligen att vara den samma, men om den kontrollerade strömmen är motsatt riktad mot virvelströmmen kommer den totala värmen som genereras i slingorna att öka.Those skilled in the art will readily appreciate that the methods of controlling the damping effect can be varied in many ways. Since an electrical connection to the electrically conductive loops already exists, it is advantageous to use the electrically conductive loops themselves also for the controlled currents. However, it is quite possible to add separate conductive loops, preferably parallel to the original electrically conductive loops, in which a correction current is conducted. The total power on the rotating machine will be essentially the same, but if the controlled current is opposite to the eddy current, the total heat generated in the loops will increase.

Om de elektriskt ledande slingorna 41 är anslutna i motsatt riktning på motstående sidor av statorn, som diskuterats tidigare i anslutning till Fig. 9A, så kan en adekvat kontroll av strömmen ge upphov till en resulterande kraft i radiell riktning. Denna möjlighet är mest utpräglad om icke linjerade stator- och rotorgeometrier används.If the electrically conductive loops 41 are connected in the opposite direction on opposite sides of the stator, as discussed earlier in connection with Fig. 9A, then an adequate control of the current can give rise to a resulting force in the radial direction. This possibility is most pronounced if non-aligned stator and rotor geometries are used.

Fig. 13 illustrerar ett flödesdiagram som visar stegen i en utföringsform av en metod i enlighet med föreliggande uppfinning. Metoden för att operera en elektrodynamisk aktuator enligt de principer som presenteras i föreliggande framställning startar i step 200. l steg 210 roteras statoraktuatordelen och rotoraktuatordelen relativt varandra runt en axel. I steg 220 dämpas vibrationerna genom att inducera virvelströmmar i de elektriskt ledande slingorna. Detta sker spontant som ett resultat av att amplituden ändras på en avvikelse från upplinjering mellan statoraktuatordelen och rotoraktuatordelen. l steg 230 styrs strömmar genom de elektriskt ledande slingorna för att kontrollera åtminstone en av egenskaperna dämpningseffektivitet och styvhet. Metoden avslutas i steg 299.Fig. 13 illustrates a fate diagram showing the steps in an embodiment of a method in accordance with the present invention. The method of operating an electrodynamic actuator according to the principles presented in the present invention starts in step 200. In step 210, the stator actuator part and the rotor actuator part are rotated relative to each other about an axis. In step 220, the vibrations are damped by inducing eddy currents in the electrically conductive loops. This occurs spontaneously as a result of the amplitude changing on a deviation from alignment between the stator actuator part and the rotor actuator part. In step 230, currents are controlled through the electrically conductive loops to control at least one of the damping efficiency and rigidity properties. The method ends in step 299.

Stegen i Fig. 13 ska inte tolkas som ett strikt flödesdiagram, utan är snarare till för att skapa en medvetenhet om existensen av de olika stegen. Stegen 210-230 ska därför anses vara möjliga att utföra kontinuerligt och/eller simultant.The steps in Fig. 13 should not be interpreted as a strict fl fate diagram, but rather to create an awareness of the existence of the various steps. Steps 210-230 should therefore be considered possible to perform continuously and / or simultaneously.

Virvelströmmarna ger information om den relativa rörelsen i radiell riktning mellan stator och rotor.The eddy currents provide information about the relative movement in the radial direction between the stator and the rotor.

Genom att integrera denna signal, och genom att använda jämviklsläget som en fixposition, kan man 10 15 20 25 30 35 535 STB 16 erhålla information om en absolut positions. Det är därigenom möjligt att kontrollera rörelsen sidledes.By integrating this signal, and by using the equilibrium position as a fixed position, one can obtain information about an absolute position. It is thereby possible to control the movement laterally.

Samma möjlighet kan även tillhandahållas med en positionssensor.The same possibility can also be provided with a position sensor.

Fig. 14 illustrerar en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator 1. l detta fall, innefattar rotoraktuatordelen 11 två segment 61, 62, magnetiskt kopplade genom rotorn 10. Statoraktuatordelen 21 har fyra segment 63, 64, 65, 66, vända mot varje rotorakluatordel 61, 62 parvis. De båda paren är magnetiskt kopplade med en permanentmagnet 34. En elektriskt ledande slinga 70 per segment 61, 62 i rotoraktuatordelen tillhandahålls, vilken omsluter respektive segment 61, 62 i radiell riktning. Den magnetiska kretsen involverar alltså båda segmentparen 63, 64, 65, 66 i statoraktuatordelen, båda segmenten 61, 62 i rotoraktuatordelen, en del av rotorn 10 och permanentmagneten. Den magnetiska kretsen har också tvâ grenar vid var och en av segment 61, 62 på rotoraktuatordelen, en från ovan (som visas i figuren) och en underifrån. Dessa två flödesvägar mynnar in i regionen inuti de elektriskt ledande slingoma 70 i motsatta riktningar. Flödet går även in i ett av segmenten 61 i rotoraktuatordelen och lämnar genom det andra 62.Fig. 14 illustrates another embodiment of an electrodynamic actuator 1. In this case, the rotor actuator part 11 comprises two segments 61, 62, magnetically coupled through the rotor 10. The stator actuator part 21 has four segments 63, 64, 65, 66, facing each rotor actuator part 61. , 62 parvis. The two pairs are magnetically coupled to a permanent magnet 34. An electrically conductive loop 70 per segment 61, 62 in the rotor actuator part is provided, which encloses the respective segments 61, 62 in the radial direction. The magnetic circuit thus involves both segment pairs 63, 64, 65, 66 in the stator actuator part, both segments 61, 62 in the rotor actuator part, a part of the rotor 10 and the permanent magnet. The magnetic circuit also has two branches at each of segments 61, 62 of the rotor actuator part, one from above (shown in the figure) and one from below. These two flow paths open into the region within the electrically conductive loops 70 in opposite directions. The flow also enters one of the segments 61 in the rotor actuator part and leaves through the other 62.

Den elektriskt ledande slingan 70 har däremot inte någon dämpande verkan, eftersom nettoändringen i magnettlöde genom den elektriskt ledande slingan 70 år noll, oavsett den radiella rörelsen.The electrically conductive loop 70, on the other hand, has no damping effect, since the net change in magnetic solder through the electrically conductive loop 70 is zero, regardless of the radial movement.

De elektriskt ledande slingoma 70 är kontrollerbara enligt liknande idéer som presenterades ovan.The electrically conductive loops 70 are controllable according to similar ideas presented above.

Genom att ändra strömmen genom de elektriskt ledande slingorna 70, kan det magnetiska flödet till/fràn segmenten 61, 62 i rotoraktuatordelen differentieras mellan respektive övre och undre segmenten 63, 64, 65, 66 i statoraktuatordelen. Det betyder att det är möjligt att avsiktligt tex. öka flödet till de lägre segmenten 64, 66 i statoraktuatordelen och minska flödet till segmenten 63, 65 i statoraktuatordelen, eller omvänt. En nettokraft kommer i sådant fall att vara riktat i axiell riktning, dvs. en styrbar axiell kraft tillhandahålls samtidigt som dämpning i radiell riktning åstadkoms. Detta är bara ett exempel på hur det grundläggande konceptet av föreliggande uppfinning kan kombineras i nya konfigurationer, med intressanta egenskaper.By changing the current through the electrically conductive loops 70, the magnetic flux to / from the segments 61, 62 in the rotor actuator part can be differentiated between the upper and lower segments 63, 64, 65, 66 in the stator actuator part, respectively. This means that it is possible to intentionally e.g. increase the fate of the lower segments 64, 66 in the stator actuator part and decrease the fate of the segments 63, 65 in the stator actuator part, or vice versa. In such a case, a net force will be directed in the axial direction, ie. a controllable axial force is provided at the same time as damping in the radial direction is provided. This is just an example of how the basic concept of the present invention can be combined in new configurations, with interesting features.

Elektriskt ledande slingor 40 tillhandahålls även runt delar av var och en av statordelarnas segment 63- 66. Dessa elektriskt ledande slingor 40 ger en dämpande verkan. För att undvika att dämpa även den axiella kontrollen som tillhandahålls av den elektriskt ledande slingan 70 lindas den elektriskt ledande slingan 40 företrädesvis i motsatt riktning på motstäende delar av statoraktuatordelen, så som diskuterats i den alternativa utföringsformen i samband med Fig. 9A. Dessutom ska den elektriskt ledande slingan 40 på det övre respektive det undre statordelssegmentet förses med olika polaritet.Electrically conductive loops 40 are also provided around portions of each of the stator parts segments 63-66. These electrically conductive loops 40 provide a damping effect. In order to avoid damping also the axial control provided by the electrically conductive loop 70, the electrically conductive loop 40 is preferably wound in the opposite direction on opposite parts of the stator actuator part, as discussed in the alternative embodiment in connection with Fig. 9A. In addition, the electrically conductive loop 40 on the upper and lower stator part segments, respectively, must be provided with different polarity.

En annan möjlighet att utöka användningsomrädet lör föreliggande uppfinning är att kombinera de grundläggande idéerna med olika koncept enligt känd teknologi. Eftersom det magnetiska flödet i 10 15 20 25 30 35 535 STB 17 rotoraktuatordelen 11 redan är differentieral i radiell riktning, kan denna differentiering t.ex. användas till att skapa radiella återförande krafter. Fig. 15 illustrerar en sådan utföringsform. Rotoraktuatordelen 11 innefattar där ytterligare minst en elektriskt ledande rotorslinga 69 som omsluter ett respektive segment 68 av rotormagnetkretselementet 12. Segmentet 68 av rotormagnetkretselementet 12 innefattar magnetiskt material och är ordnat så att det leder ett magnetiskt flöde som har en komponent skild från noll genom den elektriskt ledande rotorslingan 69. Segmentet 68 av rotormagnetkretselementet 12 är ordnat så att det får komponenten. skild från noll, att ändras när rotoraktuatordelen 11 och statoraktuatordelen är förskjutna från en upplinjerad relation i radiell riktning i förhållande till varandra. Statormagnetkretselementet 22 är huvudsakligen rotationssymmetriskt med avseende på axeln 4. l detta utförande, orsakar en förskjutning i radiell riktning att den elektriskt ledande rotorslingan 69 på rotoraktuatordelen 11 skapar en återförande kraft. En rörelse i radiell riktning, dvs. rörelsens tidsderivata är skild från noll, orsakar istället att den elektriskt ledande slingan 40 på statoraktuatordelen 21 skapar en dämpande kraft.Another possibility to expand the field of application of the present invention is to combine the basic ideas with different concepts according to known technology. Since the magnetic flux in the rotor actuator part 11 is already differential in the radial direction, this differentiation can e.g. be used to create radial return forces. Fig. 15 illustrates such an embodiment. The rotor actuator part 11 further comprises at least one electrically conductive rotor loop 69 enclosing a respective segment 68 of the rotor magnet circuit element 12. The segment 68 of the rotor magnet circuit element 12 comprises magnetic material and is arranged to conduct a magnetic flux having a non-zero component through the electrically conductive the rotor loop 69. The segment 68 of the rotor magnet circuit element 12 is arranged so as to receive the component. non-zero, to be changed when the rotor actuator portion 11 and the stator actuator portion are offset from an aligned relationship in the radial direction relative to each other. The stator magnet circuit element 22 is substantially rotationally symmetrical with respect to the shaft 4. In this embodiment, a displacement in the radial direction causes the electrically conductive rotor loop 69 on the rotor actuator part 11 to create a return force. A movement in the radial direction, ie. the time derivative of the motion is non-zero, instead causing the electrically conductive loop 40 on the stator actuator part 21 to create a damping force.

Fig. 16 visar en utföringsform av en elektrodynamisk aktuator 1 enligt föreliggande uppfinning som har rotoraxeln 76 som en del av den magnetiska kretsen 30. Magnetflödet passerar från statoraktuatordelen 21 över till rotoraktuatordelen 11 via gapen 33 och 35. Fiödet 32 leds sedan ut till rotoraxeln 76, där magnetiska ledare 77 separerar flödet 32 i två delar. Varje delflöde passerar ett ytterligare gap 78 över till en magnetisk ledare 72 på statoraktuatordelen 21. En elektriskt ledande slinga 70 tillhandahålls runt huvudsakligen hela den magnetiska kretsen 30 och kan användas även för att reglera den axiella positionen. Genom att utnyttja rotoraxeln 76 till att leda det magnetiska flödeti två riktningar, kan arrangemanget göras mer kompakt i den axiella dimensionen.Fig. 16 shows an embodiment of an electrodynamic actuator 1 according to the present invention having the rotor shaft 76 as part of the magnetic circuit 30. The magnetic flux passes from the stator actuator part 21 over to the rotor actuator part 11 via the gaps 33 and 35. The feed 32 is then led out to the rotor shaft 76 , where magnetic conductors 77 separate the current 32 into two parts. Each part fl passes a further gap 78 over to a magnetic conductor 72 on the stator actuator part 21. An electrically conductive loop 70 is provided around substantially the entire magnetic circuit 30 and can also be used to regulate the axial position. By utilizing the rotor shaft 76 to guide the magnetic axis in two directions, the arrangement can be made more compact in the axial dimension.

Fig. 17 visar en annan utföringsfonn av en elektrodynamisk aktuator 1 enligt föreliggande uppfinning som har en tredelad rotoraktuatordel 11. Den övre och den undre fungerar som i Fig. 14. I den mellersta delen däremot fungerar rotoraktuatordelen istället som en ren dämpare, t.ex. liknande den som visas i Fig. 8A. Arrangemanget blir utdraget i axiell riktning. Detta kan också utnyttjas eftersom det också till en del hindrar gas och andra fluider att passera genom arrangemanget. En så kallad labyrinttätning har därigenom formats. Denna labyrintstruktur kan även utökas genom att förse den med ytterligare tätningsringar 74 i tillgängliga utrymmen för att öka flödesvägens längd genom arrangemanget. Tätningsringarna 74 sticker ut från den första sidan och/eller andra sidan 47 av statormagnetkretselementet 22. Ringarna 74 är företrädesvis tillverkade av samma material som de ledande ringarna 40. Ringarna 74 kan även vara ytbehandlade med en lågfriktionsbeläggning så att de lO 15 20 25 535 3?8 18 kan användas som radiella nödlager, för att därigenom eliminera behovet av tillkommande extema lager Fig. 18 visar en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator 1 enligt föreliggande uppfinning, här med repulsiva permanentmagneter 75. Det magnetiska flödet 32 i huvudsakliga magnetkretsen 30 orsakas av ringmagneler 31 vid rotom 10, fastsatta med bandage 79. Genom att även lägga till magneter 75 på statoraktuatordelen, riktade parallellt med magneterna 31 vid rotorn 10, så kan en repulsiv kraft skapas som verkar som ett vanligt magnetlager. Att introducera de extra magneterna 75 kommer inte nämnvärt att ändra de dämpande egenskapema hos arrangemanget i övrigt.Fig. 17 shows another embodiment of an electrodynamic actuator 1 according to the present invention which has a three-part rotor actuator part 11. The upper and the lower function as in Fig. 14. In the middle part, on the other hand, the rotor actuator part instead functions as a pure damper, e.g. . similar to that shown in Fig. 8A. The arrangement is extended in the axial direction. This can also be used because it also to some extent prevents gas and others from passing through the arrangement. A so-called labyrinth seal has thereby been formed. This labyrinth structure can also be expanded by providing it with additional sealing rings 74 in available spaces to increase the length of the flow path through the arrangement. The sealing rings 74 protrude from the first side and / or second side 47 of the stator magnetic circuit element 22. The rings 74 are preferably made of the same material as the conductive rings 40. The rings 74 may also be surface treated with a low friction coating so that they Fig. 18 shows another embodiment of an electrodynamic actuator 1 according to the present invention, here with repulsive permanent magnets 75. The magnetic flux 32 in the main magnetic circuit 30 is caused by ring magnets 31 at the rotor 10, fixed with bandage 79. By also adding magnets 75 to the stator actuator part, directed parallel to the magnets 31 at the rotor 10, a repulsive force can be created which acts as a normal magnetic bearing. Introducing the additional magnets 75 will not appreciably alter the damping properties of the arrangement in general.

I utföringsformen ovan, är rotormagnetkretselementet och statormagnetkretselementet magnetiskt interagerande över ett gap som sträcker sig i axiell riktning 2. Fig. 19 visar en annan utföringsform av en elektrodynamisk aktuator enligt föreliggande uppfinning med luftgap 33, 36 istället riktade i radiell riktning 3. En rörelse i radiell riktning orsakar en förändring i magnetflöde genom den elektriskt ledande slingan 40 och en dämpning uppstår. Typiskt sett kan dämpningen göras väldigt effektiv. En sådan lösning tenderar dock att bli något mer instabil.In the above embodiment, the rotor magnetic circuit element and the stator magnetic circuit element are magnetically interacting over a gap extending in axial direction 2. Fig. 19 shows another embodiment of an electrodynamic actuator according to the present invention with air gaps 33, 36 instead directed in radial direction 3. A movement in radial direction causes a change in magnetic flux through the electrically conductive loop 40 and attenuation occurs. Typically, the damping can be made very effective. However, such a solution tends to be somewhat more unstable.

Utföringsformerna beskrivna ovan ska förstås som några få illustrativa exempel på föreliggande uppfinning. Det är uppenbart för fackmannen att olika modifikationer, kombinationer och ändringar kan göras på utföringsformema utan att avvika från omfånget av föreliggande uppfinning. l synnerhet kan olika dellösningar i olika utföringsforrner kombineras i andra konfigurationer, där så är tekniskt möjligt. l synnerhet kan de flesta illustrerade utföringsformerna som har en utformning med geometriska strukturer på rotoraktuatordelen och statoraktuatordelen upplinjerade typiskt sett lätt modifieras till att tillhandahålla icke upplinjerade konfigurationer. Ytor med pumpande verkan eller med labyrinttätningar kan även de kombineras med de flesta utföringsformerna. Omfànget av föreliggande uppfinning definieras dock av de medföljande patentkraven.The embodiments described above are to be understood as a few illustrative examples of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, combinations and alterations may be made to the embodiments without departing from the scope of the present invention. In particular, different sub-solutions in different embodiments can be combined in other configurations, where technically possible. In particular, most illustrated embodiments having a geometric structure design on the rotor actuator portion and the stator actuator portion aligned can typically be easily modified to provide non-aligned configurations. Surfaces with a pumping effect or with labyrinth seals can also be combined with most embodiments. However, the scope of the present invention is defined by the appended claims.

Claims (18)

10 15 20 25 30 535 378 19 PATENTKRAV10 15 20 25 30 535 378 19 PATENT REQUIREMENTS 1. Elektrodynamisk aktuator (1), innefattande: en statoraktuatordel (21) med ett statormagnetkretselement (22), innefattande magnetiskt material (23); och en rotoraktuatordel (11) med ett rotormagnetkretselement (12), innefattande magnetiskt material (13); vilken statoraktuatordel (21) och rotoraktuatordel (11) har en axel (4) för en avsedd rotation relativt varandra; åtminstone en magnet (31) som inducerar magnetiskt flöde (32) genom en magnetisk krets (30) innefattande nämnda statormagnetkretselement (22) och nämnda rotormagnetkretselement (12); vilket rotormagnetkretselement (12) är väsentligen rotationssymmetriskt med avseende på nämnda axel (4); en första sida (25) av nämnda statormagnetkretselement (22) uppvisar åtminstone ett av en variabel reluktans och en variabel magnetisering i en radiell riktning (3) med avseende på nämnda axel (4); en första sida (15) av nämnda rotormagnetkretselement (12), vilket interagerar magnetiskt med nämnda första sida (25) av nämnda statormagnetkretselement (22), uppvisar åtminstone ett av en variabel reluktans och en variabel magnetisering i nämnda radiella riktning (3); vilken statoraktuatordel (21) dessutom innefattar åtminstone en elektriskt ledande slinga (40) som omsluter ett respektive segment (28) på nämnda statormagnetkretselement (22); vilket segment (28) på nämnda statormagnetkretselement (22) innefattar magnetiskt material (23) och är arrangerat för att leda ett magnetiskt flöde (32) som har en komponent skild från noll genom nämnda åtminstone en elektriskt ledande spole (40); vilket segment (28) på nämnda statorrnagnetkretselement (22) är arrangerat för att orsaka nämnda komponent skild från noll att ändras när nämnda statoraktuatordel (21) och nämnda rotoraktuatordel (11) rör sig relativt varandra l nämnda radiella riktning (3).An electrodynamic actuator (1), comprising: a stator actuator member (21) having a stator magnetic circuit element (22), comprising magnetic material (23); and a rotor actuator part (11) having a rotor magnetic circuit element (12), comprising magnetic material (13); which stator actuator part (21) and rotor actuator part (11) have an axis (4) for a intended rotation relative to each other; at least one magnet (31) which induces magnetic fl fate (32) through a magnetic circuit (30) comprising said stator magnet circuit element (22) and said rotor magnet circuit element (12); which rotor magnet circuit element (12) is substantially rotationally symmetrical with respect to said shaft (4); a first side (25) of said stator magnet circuit element (22) has at least one of a variable reluctance and a variable magnetization in a radial direction (3) with respect to said axis (4); a first side (15) of said rotor magnet circuit element (12), which interacts magnetically with said first side (25) of said stator magnet circuit element (22), has at least one of a variable reluctance and a variable magnetization in said radial direction (3); said stator actuator member (21) further comprising at least one electrically conductive loop (40) enclosing a respective segment (28) of said stator magnet circuit element (22); said segment (28) of said stator magnetic circuit element (22) comprising magnetic material (23) and arranged to conduct a magnetic flux (32) having a non-zero component through said at least one electrically conductive coil (40); which segment (28) of said stator magnetic circuit element (22) is arranged to cause said non-zero component to change when said stator actuator part (21) and said rotor actuator part (11) move relative to each other in said radial direction (3). 2. Elektrodynamisk aktuator enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda första sida (25) på nämnda statormagnetkretselement (22) är försedd med upphöjningar (26) och nedsänkningar (27) som sträcker sig i en axiell riktning (2), vilket orsakar åtminstone en del av nämnda variabla reluktans.Electrodynamic actuator according to claim 1, characterized in that said first side (25) of said stator magnetic circuit element (22) is provided with elevations (26) and depressions (27) extending in an axial direction (2), which causes at least one part of said variable reluctance. 3. Elektrodynamisk aktuator enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av att nämnda första sida (15) av nämnda rotormagnetkretselement (12) är försedd med upphöjningar (16) och nedsänkningar (17) som sträcker sig i nämnda axiella riktning (2), vilket orsakar åtminstone en del av nämnda variabla reluktans. 10 15 20 25 30 535 373 20Electrodynamic actuator according to claim 1 or 2, characterized in that said first side (15) of said rotor magnetic circuit element (12) is provided with elevations (16) and depressions (17) extending in said axial direction (2), which causes at least a portion of said variable reluctance. 10 15 20 25 30 535 373 20 4. Elektrodynamisk aktuator enligt något av patentkraven 1 till 3, kännetecknad av att nämnda första sida (15) av nämnda rotormagnetkretselement (12) och nämnda första sida (25) av nämnda statormagnetkretselement (22) interagerar magnetiskt över ett gap i den axiella riktningen.Electrodynamic actuator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said first side (15) of said rotor magnet circuit element (12) and said first side (25) of said stator magnet circuit element (22) interact magnetically over a gap in the axial direction. 5. Elektrodynamisk aktuator enligt nàgot av patentkraven 1 till 3, kännetecknad av att nämnda första sida (15) av nämnda rotormagnetkretselement (12) och nämnda första sida (25) av nämnda statormagnetkretselement (22) interagerar magnetiskt över ett gap i den radiella riktningen.An electrodynamic actuator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that said first side (15) of said rotor magnetic circuit element (12) and said first side (25) of said stator magnetic circuit element (22) interact magnetically over a gap in the radial direction. 6. Elektrodynamisk aktuator enligt patentkrav 5, kännetecknad av tätningsringar (74) som sticker ut från nämnda första sida (25) av nämnda statormagnetkretselement (22), vilka tätningsringar (74) är ytbehandlade med en làgfriktionsbeläggning i syfte att kunna agera som radiella nödlager.Electrodynamic actuator according to claim 5, characterized by sealing rings (74) projecting from said first side (25) of said stator magnetic circuit element (22), which sealing rings (74) are surface treated with a low friction coating in order to be able to act as radial emergency bearings. 7. Elektrodynamisk aktuator enligt något av patentkraven 1 till 6, kännetecknad av att nämnda första sida (25) av nämnda statormagnetkretselement (22) uppvisar en variabel magnetisering i en radiell riktning (3).Electrodynamic actuator according to any one of claims 1 to 6, characterized in that said first side (25) of said stator magnet circuit element (22) has a variable magnetization in a radial direction (3). 8. Elektrodynamisk aktuator enligt något av patentkraven 1 till 7, kännetecknad av att nämnda första sida (15) av nämnda rotomtagnetkretselement (12) uppvisar en variabel magnetisering i en radiell riktning (3).Electrodynamic actuator according to any one of claims 1 to 7, characterized in that said first side (15) of said rotary magnet circuit element (12) has a variable magnetization in a radial direction (3). 9. Elektrodynamisk aktuator enligt något av patentkraven 1 till 8, i sin tur beroende av patentkrav 2, kännetecknad av att nämnda åtminstone en elektriskt ledande slinga (40) tillhandahålls i nämnda nedsänkningar (27).Electrodynamic actuator according to any one of claims 1 to 8, in turn dependent on claim 2, characterized in that said at least one electrically conductive loop (40) is provided in said depressions (27). 10. Elektrodynamisk aktuator enligt något av patentkraven 1 till 9, kännetecknad av att nämnda åtminstone en elektriskt ledande slinga (40) till en del innefattaren del av nämnda statormagnetkretselement (22).Electrodynamic actuator according to any one of claims 1 to 9, characterized in that said at least one electrically conductive loop (40) partly comprises part of said stator magnetic circuit element (22). 11. Elektrodynamisk aktuator enligt något av patentkraven 1 till 10, kännetecknad av att nämnda rotormagnetkretselement (12) har en andra sida (19), riktad motsatt mot nämnda första sida (15); och en andra sida (46) på nämnda statormagnetkretselement (22), vilken interagerar magnetiskt med nämnda andra sida (19) på nämnda rotormagnetkretselement (12).Electrodynamic actuator according to any one of claims 1 to 10, characterized in that said rotor magnet circuit element (12) has a second side (19), directed opposite to said first side (15); and a second side (46) of said stator magnetic circuit element (22), which interacts magnetically with said second side (19) of said rotor magnetic circuit element (12). 12. Elektrodynamisk aktuator enligt patentkrav 11, kännetecknad av att nämnda andra sida (46) av nämnda statormagnetkretselement (22) är i magnetisk kontakt med nämnda första sida (19) av nämnda statormagnetkretselement (22).Electrodynamic actuator according to claim 11, characterized in that said second side (46) of said stator magnetic circuit element (22) is in magnetic contact with said first side (19) of said stator magnetic circuit element (22). 13. Elektrodynamisk aktuator enligt patentkraven 11 eller 12, kännetecknad av att nämnda andra sida (46) på nämnda statonnagnetkretselement (22) uppvisar åtminstone en av en variabel reluktans och en variabel magnetisering i nämnda radiella riktning (3) och att nämnda andra sida (19) på nämnda rotormagnetkretselement (15) uppvisar åtminstone en av en variabel reluktans och en variabel magnetisering i nämnda radiella riktning (3). 10 15 20 25 30 535 373 21Electrodynamic actuator according to claim 11 or 12, characterized in that said second side (46) of said staton magnetic circuit element (22) has at least one of a variable reluctance and a variable magnetization in said radial direction (3) and that said second side (19 ) on said rotor magnet circuit element (15) has at least one of a variable reluctance and a variable magnetization in said radial direction (3). 10 15 20 25 30 535 373 21 14. Elektrodynamisk aktuator enligt något av patentkraven 1 till 13, kännetecknad av att nämnda rotoraktuatordel (11) dessutom innefattar åtminstone en elektriskt ledande rotorslinga (69) som omsluter ett respektive segment (68) på nämnda rotormagnetkretselement (12); vilket segment (68) på nämnda rotorrnagnetkretselement (12) innefattar magnetiskt material (13) och är arrangerat för att leda ett magnetiskt flöde (32) som har en komponent skild från noll genom nämnda åtminstone en elektriskt ledande rotorslinga (69); vilket segment (68) på nämnda rotormagnetkretselement (12) är arrangerat för att orsaka nämnda komponent skild från noll att ändras när nämnda statoraktuatordel (21) och nämnda rotoraktuatordel (11) rör sig relativt varandra i nämnda radiella riktning (3) jämfört med en upplinjerad position; vilket statormagnetkretselement (22) är väsentligen rotationssymmetriskt med avseende på nämnda axel (4).Electrodynamic actuator according to any one of claims 1 to 13, characterized in that said rotor actuator part (11) further comprises at least one electrically conductive rotor loop (69) enclosing a respective segment (68) of said rotor magnet circuit element (12); said segment (68) of said rotor magnet circuit element (12) comprising magnetic material (13) and arranged to conduct a magnetic flux (32) having a non-zero component through said at least one electrically conductive rotor loop (69); which segment (68) of said rotor magnet circuit element (12) is arranged to cause said non-zero component to change when said stator actuator part (21) and said rotor actuator part (11) move relative to each other in said radial direction (3) compared to an aligned position; which stator magnetic circuit element (22) is substantially rotationally symmetrical with respect to said axis (4). 15. Elektrodynamisk aktuator enligt något av patentkraven 1 till 14, kännetecknad av en elektrisk kontrollenhet (90) kopplad till nämnda elektriskt ledande slinga (40) och arrangerad för att kontrollera strömmar genom nämnda elektriskt ledande slingor (40).Electrodynamic actuator according to any one of claims 1 to 14, characterized by an electrical control unit (90) coupled to said electrically conductive loop (40) and arranged to control currents through said electrically conductive loops (40). 16. Roterande maskin (9), innefattande: en stator (20); en rotor (10); och åtminstone en elektrodynamisk aktuator (1) enligt något av patentkraven 1 till 15; i vilken nämnda rotoraktuatordel (11) är fäst vid nämnda rotor (10) och nämnda statoraktuatordel (21 ) är fäst vid nämnda stator (20).A rotating machine (9), comprising: a stator (20); a rotor (10); and at least one electrodynamic actuator (1) according to any one of claims 1 to 15; in which said rotor actuator part (11) is attached to said rotor (10) and said stator actuator part (21) is attached to said stator (20). 17. , Metod för opererande av en elektrodynamisk aktuator (1) enligt något av patentkraven 1 till 14, vilken metod innefattar stegen: att rotera (210) nämnda statoraktuatordel (21) och nämnda rotoraktuatordel (11) relativt varandra runt nämnda axel; och att dämpa (220) vibrationer mellan nämnda statoraktuatordel (21) och nämnda rotoraktuatordel (11) med användande av virvelströmmar i elektriskt ledande slingor (40) orsakade av någon relativ rörelse mellan nämnda statoraktuatordel (21) och nämnda rotoraktuatordel (11).A method of operating an electrodynamic actuator (1) according to any one of claims 1 to 14, which method comprises the steps of: rotating (210) said stator actuator part (21) and said rotor actuator part (11) relative to each other around said axis; and damping (220) vibrations between said stator actuator part (21) and said rotor actuator part (11) using eddy currents in electrically conductive loops (40) caused by some relative movement between said stator actuator part (21) and said rotor actuator part (11). 18. Metod enligt patentkrav 17, kännetecknad av det ytterligare steget att kontrollera (230) strömmar genom nämnda elektriskt ledande slingor för att kontrollera åtminstone en av dämpningseffektivitet och styvhet.The method of claim 17, characterized by the further step of controlling (230) currents through said electrically conductive loops to control at least one of attenuation efficiency and stiffness.
SE1150597A 2008-12-02 2009-11-30 Electrodynamic actuator, rotating machine and method SE535378C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE1150597A SE535378C2 (en) 2008-12-02 2009-11-30 Electrodynamic actuator, rotating machine and method

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0850112 2008-12-02
SE1150597A SE535378C2 (en) 2008-12-02 2009-11-30 Electrodynamic actuator, rotating machine and method
PCT/SE2009/051350 WO2010064978A1 (en) 2008-12-02 2009-11-30 Electrodynamic actuator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE1150597A1 SE1150597A1 (en) 2011-08-26
SE535378C2 true SE535378C2 (en) 2012-07-17

Family

ID=42233464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE1150597A SE535378C2 (en) 2008-12-02 2009-11-30 Electrodynamic actuator, rotating machine and method

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2373901A4 (en)
SE (1) SE535378C2 (en)
WO (1) WO2010064978A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9732817B2 (en) 2015-10-13 2017-08-15 Goodrich Corporation Axial engagement-controlled variable damper systems and methods
US9765850B2 (en) 2015-10-13 2017-09-19 Goodrich Corporation Saturation-controlled variable damper systems and methods
EP3490113B1 (en) 2017-11-24 2021-04-21 Goodrich Actuation Systems Limited Damped electric motor
DE102018101330A1 (en) * 2018-01-22 2019-07-25 Logicdata Electronic & Software Entwicklungs Gmbh Linear actuator for a furniture system, electrically adjustable furniture system, installation method for a linear actuator in a furniture system and furniture system arrangement

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3976339A (en) * 1974-01-14 1976-08-24 Sperry Rand Corporation Magnetic suspension apparatus
JPS5226578B2 (en) * 1974-02-08 1977-07-14
JPS597858B2 (en) * 1977-06-03 1984-02-21 株式会社日立製作所 Eddy current damping device
US5126641A (en) * 1991-03-08 1992-06-30 Westinghouse Electric Corp. Bidirectional variable reluctance actuator and system for active attenuation of vibration and structure borne noise utilizing same
US5250865A (en) * 1992-04-30 1993-10-05 Avcon - Advanced Controls Technology, Inc. Electromagnetic thrust bearing for coupling a rotatable member to a stationary member
DE4423492A1 (en) * 1994-07-05 1996-01-11 Elektrische Automatisierungs U Permanent magnet radial bearing
DE19860814A1 (en) * 1998-12-30 2000-07-20 Teldix Gmbh Satellite gyro stabilized roller bearing active centering technique having magnetically held rotor and measured gap magnetic fluid value drive current fed back minimizing magnetic flux density variations.

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010064978A1 (en) 2010-06-10
SE1150597A1 (en) 2011-08-26
EP2373901A1 (en) 2011-10-12
EP2373901A4 (en) 2018-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8482174B2 (en) Electromagnetic actuator
US8581463B2 (en) Magnetic bearing element with adjustable stiffness
US8378543B2 (en) Generating electromagnetic forces in large air gaps
EP3314618B1 (en) A magnetic actuator for a magnetic suspension system
IE56198B1 (en) Magnetic bearing for the triaxial positional stabilization of bodies
JP2005527176A (en) Rotary electric motor having a plurality of diagonal stator poles and / or rotor poles
WO2010026523A2 (en) Rotating ring apparatus
US20150054389A1 (en) Homopolar permanent-magnet-biased action magnetic bearing with an integrated rotational speed sensor
SE535378C2 (en) Electrodynamic actuator, rotating machine and method
CN104533948A (en) Permanent magnet biased outer rotor four-freedom-degree active-passive hybrid magnetic bearing
SE536808C2 (en) Magnetic bearing construction and turbo machine including the same
EP2422100A2 (en) A magnetic bearing, a rotary stage, and a reflective electron beam lithography apparatus
Filatov et al. Active radial electromagnetic damper
JP4994047B2 (en) Magnetic bearing device
KR101291577B1 (en) Magnet bearing system
JP4889350B2 (en) Magnetic bearing device
WO2007031758A2 (en) Radial magnetic bearing with coils on the stator and an axial magnetic field provided by magnets on a rotor disc
US20220336133A1 (en) A magnetic actuator for a magnetic suspension system
KR101064226B1 (en) Hybrid thrust magnetic bearing
JP2004316756A (en) Five-axis control magnetic bearing
KR20050056753A (en) Active magnetic bearing with lorentz-type axial actuator
RU2365022C1 (en) Controlled magnetoelectric brake
RU2343491C2 (en) Magnetic damper
US20110291508A1 (en) Combined radial stabilizer and centering element for passive magnetic bearing systems
JP2004504554A (en) Magnetic bearing

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed