SE535378C2 - Elektrodynamisk aktuator, roterande maskin samt metod - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

DETALJERAD BESKRIVNING För ritningarna gäller genomgående att samma referensnummer används för liknande eller motsvarande element.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

En partiell snittvy av utföringsforrnen illustrerad Fig. 1A tagen längs linjen A-A visas i 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Sådan övervakning öppnar även upp för att styra dåmpkraften aktivt.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Virvelströmmarna ger information om den relativa rörelsen i radiell riktning mellan stator och 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.

Samma möjlighet kan även tillhandahållas med en positionssensor.

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.

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.

De elektriskt ledande slingoma 70 är kontrollerbara enligt liknande idéer som presenterades ovan.

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.

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.

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.

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. 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.

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.

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.

Claims (18)

10 15 20 25 30 535 378 19 PATENTKRAV

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).

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.

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 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.

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.

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.

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).

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).

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).

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).

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).

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).

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 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).

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).

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).

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).

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.