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DE102006018267A1 - Active magnetic bearing controlling method, involves distributing electromagnetic parts and generating force and/or torsional moment for absorbing vibrations and for balancing bearings of ferromagnetic part e.g. rotor - Google Patents

Active magnetic bearing controlling method, involves distributing electromagnetic parts and generating force and/or torsional moment for absorbing vibrations and for balancing bearings of ferromagnetic part e.g. rotor Download PDF

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DE102006018267A1
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bearing
rotor
forces
ferromagnetic part
magnetic
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DE102006018267A
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German (de)
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Stephan Dipl.-Ing. Eckhardt
Carsten Klaucke
Joachim Dr.-Ing. Rudolph
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Technische Universitaet Dresden
Original Assignee
Technische Universitaet Dresden
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Ansteuern aktiver Magnetlager und einer verfahrensgemäß angesteuerten Magnetlagereinrichtung, bei denen die elektromagnetischen Teile räumlich verteilt angeordnet sind, und durch Ansteuern der einzelnen Lagerwicklungen verteilt auf ein ferromagnetisches Teil (Rotor) wirkende Kräfte und/oder Drehmomente erzeugt werden können, die zur Lagerung des ferromagnetischen Teils (Rotors) dienen, werden durch gezieltes Einstellen der Wicklungsströme zusätzlich zu den Lagerkräften weitere Kräfte und/oder Drehmomente erzeugt. Diese zusätzlichen Kräfte und/oder Drehmomente können verwendet werden, um eine aktive Schwingungsdämpfung zu realisieren, eine Biegung zu kompensieren, eine weitere Lagerfunktion zu übernehmen oder weitere Lagervorrichtungen zu unterstützen (Fig. 9).In a method for controlling active magnetic bearings and a method-controlled magnetic bearing device in which the electromagnetic parts are spatially distributed, and by controlling the individual bearing windings distributed on a ferromagnetic part (rotor) forces and / or torques can be generated which are necessary for the bearing of the ferromagnetic part (rotor), additional forces and / or torques are generated in addition to the bearing forces by specifically setting the winding currents. These additional forces and / or torques can be used to implement active vibration damping, to compensate for a bend, to take on a further bearing function or to support further bearing devices (FIG. 9).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern aktiver Magnetlager und eine Magnetlagereinrichtung, wobei die elektromagnetischen Teile der Magnetlagereinrichtung räumlich verteilt sind und durch Ansteuerung der einzelnen Lagerwicklungen verteilt auf ein ferromagnetisches Teil wirkende Kräfte erzeugt werden.The The invention relates to a method for driving active magnetic bearings and a magnetic bearing device, wherein the electromagnetic parts the magnetic bearing device spatially are distributed and by controlling the individual bearing windings distributed acting on a ferromagnetic part forces generated become.

Kontext der ErfindungContext of invention

Als Beispiel für ein elektromagnetisch zu lagerndes Teil soll im Weiteren ein in einer Spindel mit Hilfe zweier radial und einer axial wirkenden Elektromagnetvorrichtung gelagerter Rotor herangezogen werden, ohne dass die Erfindung hierauf in irgendeiner Weise beschränkt wäre. Zusätzlich kann ein Motor für den Antrieb des Rotors eingebaut sein.When example for an electromagnetically to be stored part is to be further in a spindle by means of two radial and one axially acting Electromagnet device mounted rotor are used, without that the invention would be limited thereto in any way. In addition, can an engine for be installed the drive of the rotor.

Bei Magnetlagern wird grundsätzlich zwischen aktiven und passiven Magnetlagern unterschieden. Während bei passiven Magnetlagern die Magnetkräfte meist nur durch Permanentmagnete erzeugt werden, können bei aktiven Magnetlagern durch das Verändern der Wicklungsstromstärken die Magnetkräfte variiert werden. Bei letzteren Magnetlagern wird die Lage des Rotors erfasst, und die Wicklungsströme zur Erzeugung der Lagerkräfte werden durch eine Regelvorrichtung berechnet und ausgegeben.at Magnetic bearings is basically distinguished between active and passive magnetic bearings. While at passive magnetic bearings, the magnetic forces usually only by permanent magnets can be generated in active magnetic bearings by changing the winding currents the magnetic forces be varied. In the latter magnetic bearings, the position of the rotor detected, and the winding currents for generating the bearing forces are calculated and output by a control device.

Magnetisch gelagerte Rotoren bieten gegenüber konventionell gelagerten Rotoren, beispielsweise wälzgelagerten Rotoren, wesentliche Vorteile. Da kein mechanischer Kontakt zwischen Rotor und Stator besteht, tritt kein Verschleiß auf, und es wird keine Schmierung benötigt. Darum eignen sich magnetisch gelagerte Rotoren sehr gut für Arbeiten im Vakuum oder im Reinraum, kommen aber auch bei Anwendungen zum Einsatz, bei denen sich der Rotor mit hohen Drehzahlen dreht. Außerdem kann der Rotor innerhalb der Luftspalte der Magnetlager frei bewegt werden. Durch geeignetes Ansteuern der Magnetlager kann der Rotor positioniert oder auf vorgebbaren Bahnen bewegt werden. Beispielsweise wird bei der spanenden Fertigung von Formbohrungen der Rotor winkelsynchron und dennoch hochgenau auf einer vorgegebenen Bahn geführt.Magnetic mounted rotors offer opposite Conventionally mounted rotors, for example, roller bearings Rotors, significant advantages. Since no mechanical contact between Rotor and stator is made, no wear occurs, and there is no lubrication needed. This is why magnetically supported rotors are very well suited for work in a vacuum or in a cleanroom, but also in applications Use where the rotor rotates at high speeds. In addition, can the rotor can be freely moved within the air gaps of the magnetic bearings. By suitable driving of the magnetic bearings, the rotor can be positioned or be moved on specifiable tracks. For example, at the cutting production of mold holes the rotor angle synchronous and nevertheless guided with high precision on a given path.

Stand der TechnikState of technology

Bei jeder spanenden Fertigung, wie zum Beispiel beim Feindrehen, wirken sich Biegeschwingungen des Rotors stark negativ auf die Bearbeitungsqualität aus. Durch Biegeschwingungen werden die für die Lageregelung benötigten Messwerte für die Position des Rotors verfälscht, wodurch sich die Positioniergenauigkeit des Werkzeugs verschlechtert oder die Positionierung sogar instabil wird. Die Inbetriebnahme eines magnetisch gelagerten Rotors und die Optimierung eines Fertigungsprozesses hinsichtlich technologischer Parameter werden dadurch deutlich erschwert. Im Rotor können Biegungen und Biegeschwingungen unter anderem durch die Vorgänge am Werkzeug aber auch durch die magnetische Lagerung selbst angeregt werden.at every cutting-edge production, such as fine turning bending vibrations of the rotor severely negative on the quality of machining. By Bending vibrations are the for needed the position control Measured values for the position of the rotor is distorted, whereby the positioning accuracy of the tool deteriorates or the positioning becomes even unstable. Commissioning a magnetically supported rotor and the optimization of a manufacturing process in terms of technological parameters are made significantly more difficult. In the rotor can Bending and bending vibrations, inter alia, by the operations on the tool but also be excited by the magnetic storage itself.

In der DE 100 34 017 A1 und DE 103 53 101 B4 sind beispielsweise Regelverfahren für magnetische Radiallager eines ferromagnetischen Rotors unter Verwendung von Abstandssensoren beschrieben, ohne dass dem Problem des Biege- oder Schwin gungsverhaltens des Rotors besondere Aufmerksamkeit gewidmet worden wäre.In the DE 100 34 017 A1 and DE 103 53 101 B4 For example, control methods for magnetic radial bearings of a ferromagnetic rotor are described using distance sensors, without the problem of bending or vibra tion behavior of the rotor would have been given special attention.

In der Offenlegungsschrift DE 198 37 624 A1 wird bereits eine Werkzeugspindel mit integrierter Schwingungsdämpfung vorgestellt. Dabei ist der Rotor allerdings mittels Wälzlagern gelagert. Ausschließlich durch den eingebauten Motor werden zusätzlich zum Antriebsdrehmoment radial wirkende Kräfte erzeugt, die benutzt werden, um auftretende Schwingungen zu bedämpfen.In the published patent application DE 198 37 624 A1 already a tool spindle with integrated vibration damping is presented. However, the rotor is mounted by means of rolling bearings. Only by the built-in motor in addition to the drive torque radially acting forces are generated, which are used to dampen vibrations occurring.

Technisches Problemtechnical problem

Mit Hilfe zusätzlicher Sensoren können auftretende Schwingungen und Biegungen eines Rotors gemessen werden. Um die detektierten Schwingungen bedämpfen bzw. Biegungen kompensieren zu können, müssen zusätzlich zur Lagerung Kräfte oder Drehmomente auf den Rotor eingeprägt werden.With Help additional Sensors can occurring vibrations and bends of a rotor can be measured. To dampen the detected vibrations or compensate for bends to be able to have in addition to Storage forces or torques are impressed on the rotor.

Solche Kompensationskräfte könnten beispielsweise durch zusätzliche radiale elektromagnetische Lager erzeugt werden. Diese zusätzlichen Magnetlager würden allerdings eine größere Baulänge des Rotors bedingen. Bei einem längeren Rotor sind jedoch die Eigenfrequenzen niedriger, was gleichbedeutend mit einer Verschlechterung der rotordynamischen Eigenschaften ist. Außerdem steigen durch zusätzliche Lager die Kosten.Such compensation forces could for example, by additional radial electromagnetic bearings are generated. This extra Magnetic bearing would however a larger length of the Rotors condition. For a longer one Rotor, however, the natural frequencies are lower, which is synonymous with a deterioration of the rotor dynamic properties. Furthermore go up by additional Stock the costs.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ansteuerung von aktiven Magnetlagern und eine entsprechende Magnetlageranordnung anzugeben, bei denen ohne zusätzliche aktive magnetische Lager und ohne Verwendung von Wälzlagern eine aktive Dämpfung von Schwingungen und/oder eine Kompensation von Biegungen eines ferromagnetischen Teils (Rotors) erreicht wird.Of the The invention is therefore based on the object, a method for Activation of active magnetic bearings and a corresponding magnetic bearing assembly indicate, without additional active magnetic bearings and without the use of rolling bearings an active damping of vibrations and / or compensation of bends of a ferromagnetic part (rotor) is achieved.

Erfindungsgemäß wird bei einem aktiv magnetisch gelagerten ferromagnetischen Teil (Rotor) eine Schwingungsdämpfung und/oder Biegungskompensation integriert, ohne zusätzlichen Bauraum in der Spindel zu beanspruchen, indem die räumliche Verteilung der aktiven Lagermagnete bei bestimmten Magnetlagerkonstruktionen ausgenutzt wird, um zusätzlich zu den Lagerkräften auch Kompensationskräfte bzw. -drehmomente zu erzeugen. Werden die räumlich verteilten Lagermagnete einzeln angesteuert, so können die einzelnen Magnetkräfte eingestellt werden, wodurch bei geeigneten Lagerkonstruktionen Lagerkräfte und zusätzliche Drehmomente erzeugt werden. Wird die Biegung bzw. Schwingung des Rotors erfasst, so können durch gezieltes Einstellen der einzelnen Magnetkräfte eine Schwingungsdämpfung und/oder eine Biegungskompensation erzielt werden. Die Erfassung der Biegung kann direkt durch Anbringung von Sensoren oder indirekt beispielsweise durch die Auswertung der Spuleninduktivitäten der vorhandenen aktiven Magnetlager erfolgen, wobei zusätzlich die Positionsmesswerte der Sensoren für die Lageregelung berücksichtigt werden können. Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen offenbart.According to the invention is at an actively magnetically mounted ferromagnetic part (rotor) a vibration damping and / or bend compensation integrated, without additional To claim space in the spindle by the spatial Distribution of active bearing magnets in certain magnetic bearing designs is exploited in addition to to the bearing forces also compensation forces or -drehmomente to produce. Be the spatially distributed bearing magnets individually controlled, so can the individual magnetic forces be set, which in suitable bearing designs bearing forces and additional torques be generated. If the bending or oscillation of the rotor is detected, so can by selective adjustment of the individual magnetic forces a vibration damping and / or a bend compensation can be achieved. The capture The bend can be done directly by attaching sensors or indirectly for example, by evaluating the coil inductances of exist existing active magnetic bearing, in addition to the Position measured values of the sensors are taken into account for the position control can be. Further Features of the invention are disclosed in the claims.

Die Erfindung soll anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The Invention is based on embodiments be explained in more detail.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:In the associated Drawings show:

1 schematisch eine magnetisch gelagerte Welle, 1 schematically a magnetically supported shaft,

2 schematisch den Aufbau einer Axiallagerhälfte, 2 schematically the structure of a thrust bearing half,

3 schematisch die Verschaltung der Lagerwicklungen eines Axiallagers zu einem Dreiphasensystem, 3 schematically the interconnection of the bearing windings of a thrust bearing to a three-phase system,

4 schematisch die Verschaltung der Lagerwicklungen eines Axiallagers zu einem sternverschalteten Dreiphasensystem, 4 schematically the interconnection of the bearing windings of a thrust bearing to a star-connected three-phase system,

5 schematisch ein Radiallager, aufgebaut als vierphasiges Unipolarlager, 5 schematically a radial bearing, constructed as a four-phase unipolar bearing,

6 schematisch ein Radiallager, aufgebaut als dreiphasiges Unipolarlager, 6 schematically a radial bearing, constructed as a three-phase unipolar bearing,

7 schematisch ein Radiallager, aufgebaut als rein elektromagnetisches Homopolarlager, 7 schematically a radial bearing, constructed as a purely electromagnetic homopolar bearing,

8 schematisch die Messung der Biegung eines Rotors (8a) nicht gebogener Rotor, 8b) gebogener Rotor), 8th schematically the measurement of the bending of a rotor ( 8a ) not bent rotor, 8b ) curved rotor),

9 schematisch auf den Rotor wirkende Kräfte (9a) nicht gebogener Rotor, 9b) gebogener Rotor mit Kompensation) und 9 schematically acting on the rotor forces ( 9a ) not bent rotor, 9b ) curved rotor with compensation) and

10 ein Blockschaltbild der Funktionsblöcke zur erfindungsgemäßen Durchbiegungskompensation und/oder Schwingungsdämpfung. 10 a block diagram of the functional blocks for deflection compensation according to the invention and / or vibration damping.

1 zeigt schematisch den Aufbau eines elektromagnetisch gelagerten Rotors 4. Zur Lagerung des Rotors 4 werden zwei radiale Lagervorrichtungen 1 und 2 in den Endbereichen des Rotors 4 sowie eine zwischen den radialen Lagervorrichtungen 1, 2 angeordnete axiale Lagervorrichtung 3 verwendet. (Die Wahl der Lageranordnung ist frei, die in 1 dargestellte Lageranordnung ist exemplarisch.) In der in 1 beispielhaft dargestellten Konfiguration werden zur radialen Lagerung zwei dreiphasige rein elektromagnetische Lager 1, 2 eingesetzt. Bei dem magnetischen Axiallager 3 können durch zwei noch näher zu beschreibende Statoren (z. B. zwei Elektromagnete), die sich auf den beiden Seiten einer fest mit dem Rotor 4 verbundenen Lagerscheibe des Axiallagers 3 befinden, Lagerkräfte erzeugt werden. Zudem kann ein Motor an einen solchen magnetisch gelagerten Rotor 4 angebaut sein, durch den der Rotor 4 angetrieben wird. 1 shows schematically the structure of an electromagnetically mounted rotor 4 , For storage of the rotor 4 become two radial bearing devices 1 and 2 in the end regions of the rotor 4 and one between the radial bearing devices 1 . 2 arranged axial bearing device 3 used. (The choice of bearing arrangement is free, the in 1 shown bearing arrangement is exemplary.) In the in 1 For the purpose of radial support, two three-phase pure electromagnetic bearings are used as examples 1 . 2 used. In the magnetic thrust bearing 3 can be described by two stators to be described later (for example, two electromagnets), located on both sides of a fixed to the rotor 4 connected bearing disc of the thrust bearing 3 bearing forces are generated. In addition, a motor to such a magnetically mounted rotor 4 be grown by the rotor 4 is driven.

In 2 ist eine Hälfte eines Axiallagers 3 in so genannter Tempelbauform dargestellt. (Die vorgelegte Erfindung beschränkt sich nicht auf die Ausführung mit sechs Magnetpolen. Das hier vorgestellte Verfahren ist für Magnetlager mit einer von sechs abweichenden Anzahl von Magnetpolen anwendbar.) Das Axiallager 3 besteht aus zwei ringförmigen Statoren 5 beiderseits einer Lagerscheibe 7. Die Statoren 5 verfügen über Polflächen. Die Pole sind von Lagerwicklungen 6 umgeben. Durch Ströme in den Lagerwicklungen 6 werden magnetische Flüsse in den Statoren 5, im Luftspalt und in der Lagerscheibe 7 erzeugt, wodurch eine die Lagerscheibe 7 anziehende Kraft entsteht. Durch gezieltes Ansteuern der einzelnen Lagerwicklungen 6 können unterschiedliche Kräfte an jeder Polfläche erzeugt werden, wodurch sowohl eine anziehende, in axialer Richtung wirkende Kraft als auch ein Drehmoment um eine in radialer Richtung liegende Achse erzeugt werden kann. Die Winkellage dieser gedachten Achse kann durch gezieltes Ansteuern der einzelnen Lagerwicklungen 6 ebenfalls eingestellt werden.In 2 is one half of a thrust bearing 3 presented in so-called temple design. (The submitted The invention is not limited to the embodiment with six magnetic poles. The procedure presented here is applicable for magnetic bearings with one of six different number of magnetic poles.) The thrust bearing 3 consists of two annular stators 5 on both sides of a bearing disc 7 , The stators 5 have pole faces. The poles are of bearing windings 6 surround. By currents in the bearing windings 6 become magnetic fluxes in the stators 5 , in the air gap and in the bearing disc 7 generated, whereby a bearing disc 7 attractive force arises. By targeted control of the individual bearing windings 6 For example, different forces can be generated on each pole face, whereby both an attractive, axially acting force and a torque about a radially extending axis can be generated. The angular position of this imaginary axis can be controlled by targeted control of the individual bearing windings 6 also be adjusted.

Durch geeignete Verschaltung der Lagerwicklungen 6 können Kanäle an der Stromstelleinrichtung eingespart werden, jedoch ergeben sich in Abhängigkeit von der Verschaltungsvariante unterschiedliche Ansteuerungsverfahren. In 3 und 4 sind zwei vorteilhafte Verschaltungsvarianten für je eine Lagerhälfte des Axiallagers 3 dargestellt. In 3 sind sechs Lagerwicklungen 6a bis 6f gezeigt, die entsprechend der Zeichnung auf den ringförmigen Stator 5 aufgeteilt sind. Jeweils zwei Lagerwicklungen (6a, 6b), (6c, 6d), (6e, 6f) bilden ein Wicklungspaar, gerade so, dass der durch einen Strom in einem Wicklungspaar erzeugte magnetische Fluss eine Masche bildet (erkennbar anhand des Vergleichs der mit dem Punkt markierten Anzapfung der Lagerwicklung und der Stromrichtung). Daraus folgt, dass jeweils durch einen Strom, i1, i2 bzw. i3, in einem Wicklungspaar je eine Kraft in axialer Richtung und ein Drehmoment um eine gedachte radiale Achse erzeugt werden. Die Sternverschaltung der Wicklungspaare schränkt das erfindungsgemäße Verfahren nur insofern ein, dass zusätzlich die algebraische Bedingung i1 + i2 + i3 = 0 beim Entwurf der Ansteuerung berücksichtigt werden muss (siehe hierzu DE 103 53 101 B4 ).By suitable interconnection of the bearing windings 6 Channels can be saved on the power control device, however, depending on the Verschaltungsvariante different driving methods arise. In 3 and 4 are two advantageous Verschaltungsvarianten for each bearing half of the thrust bearing 3 shown. In 3 are six bearing windings 6a to 6f shown according to the drawing on the annular stator 5 are divided. Two bearing windings each ( 6a . 6b ) 6c . 6d ) 6e . 6f ) form a pair of windings, just so that the magnetic flux generated by a current in a pair of windings forms a mesh (indicated by the comparison of the tap of the bearing winding and the current direction marked with the dot). It follows that in each case by a current, i 1 , i 2 or i 3 , in each case a force in the axial direction and a torque about an imaginary radial axis are generated in a pair of windings. The star connection of the winding pairs restricts the method according to the invention only to the extent that in addition the algebraic condition i 1 + i 2 + i 3 = 0 must be taken into account in the design of the drive (see DE 103 53 101 B4 ).

In 4 ist eine besonders vorteilhafte Verschaltungsvariante eines Axiallagers 3 in Tempelbauform mit sechs Lagerwicklungen dargestellt. Je zwei Lagerwicklungen (6a, 6b), (6d, 6e), (6c, 6f) sind in Reihe geschaltet, jedoch so, dass bei einem der Wicklungspaare (6c, 6f) bei Bestromung (iw) eine axiale Kraft generiert wird, ohne ein Drehmoment um eine gedachte radiale Achse zu erzeugen. Durch einen Strom iu bzw. einen Strom iv werden ein positives bzw. ein negatives Drehmoment um eine in der Zeichnung horizontale Achse und eine axiale Kraft erzeugt. Wie in 4 können die drei Wick lungspaare (6a, 6b), (6d, 6e), (6c, 6f) außerdem zum Stern verschaltet werden, wodurch die Ansteuerung mit Hilfe eines Zwischenkreisumrichters möglich wird. Für den Entwurf der Ansteuerung des Axiallagers 3 muss die Bedingung iu + iv + iw = 0 berücksichtigt werden.In 4 is a particularly advantageous Verschaltungsvariante a thrust bearing 3 presented in temple style with six bearing windings. Two bearing windings each 6a . 6b ) 6d . 6e ) 6c . 6f ) are connected in series, but such that one of the pairs of windings ( 6c . 6f ) When energized (i w ) an axial force is generated without generating a torque about an imaginary radial axis. By a current i u or a current i v , a positive or a negative torque are generated about a horizontal axis in the drawing and an axial force. As in 4 the three winding pairs ( 6a . 6b ) 6d . 6e ) 6c . 6f ) are also interconnected to the star, whereby the control using a DC link converter is possible. For the design of the control of the thrust bearing 3 the condition must i u + i v + i w = 0 considered.

Bei den Lagern in 5, 6 und 7 handelt es sich um aktive magnetische Radiallager (Beispielsweise können die in 5 bis 7 gezeigten Radiallager alternativ zu den in 1 dargestellten Radiallagern 1, 2 verwendet werden.), bei denen es, wie im Folgenden beschrieben werden soll, durch gezieltes Ansteuern der Lagerwicklungen ebenfalls möglich ist, zusätzlich zur Lagerkraft auch Drehmomente um eine gedachte radiale Achse einzuprägen.At the camps in 5 . 6 and 7 are active magnetic radial bearings (For example, the in 5 to 7 shown radial bearing alternative to the in 1 illustrated radial bearings 1 . 2 be used.), in which, as will be described below, by selectively controlling the bearing windings is also possible to impress in addition to the bearing force and torques about an imaginary radial axis.

In 5 sind ein Längs- und ein Querschnitt eines so genannten Unipolarlagers dargestellt. Unipolarlager sind Hybridlager, bei denen eine Kombination aus Permanentmagneten und Elektromagneten verwendet wird. Ein Unipolarlager besteht aus zwei Radiallagerhälften 10 und 11, die einen Rotor 4 umschließen. Jede Radiallagerhälfte 10, 11 entspricht dem links dargestellten Querschnitt. Ausgehend von einem Lagerring 9 ragen vier Lagerschenkel in den Lagerinnenraum. Um die Lagerschenkel sind Lagerwicklungen 8 angebracht. Stand der Technik ist es, die zu einer Richtung, in 5 jeweils horizontal bzw. vertikal, gehörenden Lagerwicklungen 8 in Reihe zu schalten. Dies geschieht so, dass der durch Permanentmagnete 12 erzeugte magnetische Fluss (auf der rechten Seite in 5 durchgezogen eingezeichnet) durch die elektromagnetischen Lagerhälften 10, 11 je auf einer Seite betragsmäßig gestärkt und auf der gegenüberliegenden Seite betragsmäßig geschwächt wird, so dass eine auf den Rotor 4 wirkende Kraft entsteht. Werden nun die jeweiligen Lagerwicklungspaare der beiden Radiallagerhälften 10, 11 separat angesteuert, ist man in der Lage, die Lagerkräfte in beiden Radiallagerhälften 10, 11 unabhängig voneinander einzustellen. Dadurch können zusätzlich zur Lagerkraft Drehmomente um hinsichtlich ihrer Orientierung einstellbare radiale gedachte Achsen erzeugt werden.In 5 are shown a longitudinal and a cross section of a so-called unipolar bearing. Unipolar bearings are hybrid bearings that use a combination of permanent magnets and electromagnets. A unipolar bearing consists of two radial bearing halves 10 and 11 that has a rotor 4 enclose. Each radial bearing half 10 . 11 corresponds to the cross-section shown on the left. Starting from a bearing ring 9 four bearing legs protrude into the bearing interior. To the bearing legs are bearing windings 8th appropriate. The state of the art is that to one direction, in 5 each horizontal or vertical, belonging bearing windings 8th to connect in series. This happens so that by permanent magnets 12 generated magnetic flux (on the right in 5 drawn through) by the electromagnetic bearing halves 10 . 11 each on one side strengthened in terms of amount and weakened in terms of amount on the opposite side, leaving one on the rotor 4 acting force arises. Now be the respective bearing winding pairs of the two radial bearing halves 10 . 11 controlled separately, one is able to control the bearing forces in both radial bearing halves 10 . 11 independently of each other. As a result, in addition to the bearing force, torques can be generated by radial imaginary axes which can be adjusted with respect to their orientation.

Die 6 zeigt eine dreiphasige Ausführung des Unipolarlagers. Ausgehend von einem Lagerring 9 ragen drei Lagerschenkel in den Lagerinnenraum. Das Funktionsprinzip der dreiphasigen Unipolarlagerausführung ist grundsätzlich gleich jenem des Radiallagers in 5. Durch die dreiphasige Wicklungsausführung ist die Sternverschaltung der Lagerwicklungen 8 möglich. Durch separates Ansteuern der beiden Radiallagerhälften 10, 11 können unabhängig Kräfte erzeugt werden, wodurch zusätzlich zu den Lagerkräften auch Drehmomente um hinsichtlich ihrer Orientierung einstellbare gedachte radiale Achsen entstehen. Ein Ring aus Permanentmagnetmaterial ist mit 12 bezeichnet.The 6 shows a three-phase version of the unipolar bearing. Starting from a bearing ring 9 Three bearing legs protrude into the bearing interior. The principle of operation of the three-phase unipolar bearing design is basically the same as that of the radial bearing in 5 , The three-phase winding design makes the star connection of the bearing windings 8th possible. By separately controlling the two radial bearing halves 10 . 11 can be generated independently forces, which in addition to the bearing forces and rotation moments arise with regard to their orientation adjustable imaginary radial axes. A ring of permanent magnet material is with 12 designated.

Im Gegensatz zu den in 5 und 6 gezeigten hybridmagnetischen Radiallagern ist in 7 ein rein elektromagnetisches Homopolarlager dargestellt. Das Radiallager besteht wiederum aus zwei Radiallagerhälften 10 und 11, die wenigstens durch magnetisch leitfähige Stege 10a verbunden sind und den Rotor 4 umgeben. Jede Radiallagerhälfte 10, 11 besteht aus einem Lagerring 9, von welchem drei Lagerschenkel in den Lagerinnenraum ragen. Um jeden Lagerschenkel ist eine Lagerwicklung 8 angebracht. Stand der Technik ist es, diejenigen beiden Lagerwicklungen, die sich bezüglich der beiden Lagerhälften 10, 11 gegenüberstehen, in Reihe zu schalten. So wird ein Elektromagnet gebildet, der in axialer Richtung des Rotors 4 ausgedehnt ist. Durch die dreiphasige Ausführung der Lagerwicklungen ist es möglich, die Lagerwicklungen zum Stern zu verschalten. In diesem Fall kann das Radiallager mit Hilfe eines Zwischenkreisumrichters angesteuert werden. Durch separates Ansteuern der beiden Radiallagerhälften 10, 11, die in einer vorteilhaften Ausführung gegeneinander verdreht angeordnet werden, können unterschiedliche Kräfte, und damit zusätzlich zur Lagerkraft auch Drehmomente um einstellbare gedachte radiale Achsen, erzeugt werden.Unlike the in 5 and 6 shown hybrid magnetic radial bearings is in 7 a purely electromagnetic homopolar bearing shown. The radial bearing again consists of two radial bearing halves 10 and 11 , at least by magnetically conductive webs 10a are connected and the rotor 4 surround. Each radial bearing half 10 . 11 consists of a bearing ring 9 , of which three bearing legs protrude into the bearing interior. Around each bearing leg is a bearing winding 8th appropriate. The prior art is those two bearing windings, with respect to the two bearing halves 10 . 11 to stand in line. Thus, an electromagnet is formed in the axial direction of the rotor 4 is extensive. Due to the three-phase design of the bearing windings, it is possible to connect the bearing windings to the star. In this case, the radial bearing can be controlled by means of a DC link converter. By separately controlling the two radial bearing halves 10 . 11 , Which are arranged in an advantageous embodiment against each other twisted, different forces, and thus in addition to the bearing force and torques about adjustable imaginary radial axes can be generated.

Durch 8 soll die messtechnische Erfassung einer Biegung eines Rotors 4 illustriert werden. Unter 8a) ist der Rotor 4 im nicht gebogenen Zustand dargestellt. Im Vergleich dazu ist unter 8b) der gebogene Rotor 4 gezeigt. Da nur das Grundprinzip veranschaulicht werden soll, sind nur die Biegung in der Zeichenebene und auch nur die Sensorik für die vertikale Richtung dargestellt. Die Abstandssensoren 14a und 14b sind an einem nicht dargestellten Spindelgehäuse montiert, da sie für die Lageregelung benötigt werden. Wird ein zusätzlicher Sensor 13 montiert, der beispielsweise den Abstand zur Axiallagerscheibe 7 misst, kann auf die Biegung des Rotors 4 geschlossen werden. Anhand 8 ist es anschaulich, dass trotz gleicher vertikaler Lage des Rotors 4 der durch den Zusatzsensor 13 gemessene Abstand im Vergleich zwischen 8a) und 8b) deutlich variiert. Aus den Messwerten der Abstandssensoren 14a und 14b können die vertikale Position und die Neigung des Rotors 4 berechnet werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Positionsmessungen mittels der Abstandssensoren 14a und 14b je in einem Schwingungsknoten des Rotors 4 stattfinden. Mit Hilfe der berechneten Neigung des Rotors 4 kann die vom Zusatzsensor 13 gelieferte Abstandsinformation um den der Neigung des Rotors 4 entsprechenden Betrag korrigiert werden.By 8th is the metrological detection of a bend of a rotor 4 to be illustrated. Under 8a ) is the rotor 4 shown in the unbent state. In comparison, is under 8b ) the curved rotor 4 shown. Since only the basic principle is to be illustrated, only the bending in the drawing plane and also only the sensors for the vertical direction are shown. The distance sensors 14a and 14b are mounted on a spindle housing, not shown, since they are needed for the position control. Will be an additional sensor 13 mounted, for example, the distance to the thrust washer 7 can measure the bending of the rotor 4 getting closed. Based 8th It is clear that despite the same vertical position of the rotor 4 the through the additional sensor 13 measured distance compared between 8a ) and 8b ) varies significantly. From the measured values of the distance sensors 14a and 14b can change the vertical position and inclination of the rotor 4 be calculated. It is particularly advantageous if the position measurements by means of the distance sensors 14a and 14b each in a node of the rotor 4 occur. With the help of the calculated inclination of the rotor 4 can the from the additional sensor 13 supplied distance information about the inclination of the rotor 4 Corresponding amount.

In 9 ist nochmals schematisch der Rotor 4 in gebogenem (9b) und nicht gebogenem (9a) Zustand dargestellt.In 9 is again schematically the rotor 4 in bent ( 9b ) and not bent ( 9a ) State shown.

Anhand 9 wird veranschaulicht, wie eine Biegung kompensiert bzw. eine Biegeschwingung gedämpft werden kann. Auf den Rotor 4 wirkt die Gewichtskraft Fg. Für die Lagerung des Rotors 4 müssen entsprechende Lagerkräfte FL,1 und FL,2 erzeugt werden. Um eine Biegung des Rotors 4 zu kompensieren (siehe 9b)), können beispielsweise an der Axiallagerscheibe 7 zusätzliche Kräfte Fk,1 und Fk,2 erzeugt werden. Die Kraftbeträge |Fk,1| und |Fk,2| sind gleich groß und die Kräfte kompensieren einander, sodass keine axiale Bewegung des Rotors 4 entsteht. Jedoch wird durch die Kräfte Fk,1 und Fk,2 ein Drehmoment erzeugt, das durch die Lagerkräfte F ~L,1 und F ~L,2 kompensiert werden muss, um die Positioniergenauigkeit des Rotors 4 nicht zu verschlechtern.Based 9 illustrates how a bend can be compensated or a bending vibration can be damped. On the rotor 4 the weight force F g acts. For the storage of the rotor 4 appropriate bearing forces F L, 1 and F L, 2 must be generated. Around a bend of the rotor 4 to compensate (see 9b )), for example, on the thrust washer 7 additional forces F k, F k and 1, 2 are generated. The amounts of force | F k, 1 | and | F k, 2 | are the same size and the forces compensate each other, so no axial movement of the rotor 4 arises. However, by the forces F k, 1 and F k, 2 generates a torque which must be compensated by the bearing forces F ~ L, 1 and F ~ L, 2 , to the positioning accuracy of the rotor 4 not to worsen.

Mit Hilfe des Blockschaltbildes in 10 sollen die Verschaltung der einzelnen Funktionsblöcke und die Blöcke selbst erklärt werden. Der Block 18 repräsentiert den magnetisch gelagerten Rotor mit einem geeigneten Lager oder einem lagerlosen Motor zum Erzeugen von zusätzlichen Drehmomenten. Die Lage des Rotors Xmess wird beispielsweise mittels fünf Positionssensoren gemessen. Alternativ können Vorrichtungen oder Algorithmen zur Messung bzw. Rekonstruktion der Lagerwicklungsinduktivitäten vorgesehen sein, durch die indirekt auf die Lage des Rotors geschlossen werden kann. Mit Hilfe zusätzlicher Sensoren wird die Position Xs des Rotors 4 an einer zusätzlichen Stelle gemessen. Durch das in der Beschreibung zu 8 beschriebene Verfahren wird im Biegungsberechnungsblock 19 ein Maß für die Biegung X ~s rekonstruiert. Im Lageregler 15 wird aus der gewünschten Lage Xsoll des Rotors und dessen gemessener Lage Xmess die Soll-Lagerkraft FL,soll berechnet. Außerdem werden die zur Kompensation der Biegung ausgegebenen Drehmomente Mk,soll entsprechend gewichtet auf die Soll-Lagerkräfte FL,soll aufgeschaltet, sodass sich F ~L,soll ergibt. Zum Entwurf des Lagereglers 15 sind dem Fachmann eine Vielzahl von Methoden, wie beispielsweise PID-Regelung oder Trajektorienfolgeregelung, bekannt. Im Block 20 werden je nach gewünschtem Verhalten die Kompensationsdrehmomente Mk,soll in Abhängigkeit von der gemessenen Biegung X ~s, der zeitlichen Änderung der gemessenen Biegung und/oder der zeitlich kumulierten gemessenen Biegung berechnet. Auf diese Weise kann ein Verhalten derart erreicht werden, dass mit einem beliebigen Nachgiebigkeits- und/oder einem beliebigen Dämpfungsverhalten auf eine Biegung reagiert wird. Durch Kompensationsdrehmomente Mk,soll die beispielsweise proportional zur zeitlichen Kumulation des Biegungsmesswertes vorgegeben werden, kann eine bleibende Durchbiegung am Messort verhindert werden. Ein Kraft- bzw. Drehmomenten-Stromstärke-Wandler 16 berechnet aus den Soll-Lagerkräften F ~L,soll und den Kompensationsdrehmomenten Mk,soll, ggf. in Abhängigkeit von der gemessenen Lage Xmess des Rotors, die Soll-Stromstärken isoll. Die Stromstärkenstelleinrichtung 17 stellt den in den Spulen fließenden Strom iist auf den geforderten Wert isoll ein. Dazu können die tatsächlich fließenden Ströme gemessen werden und mit Hilfe eines Stromreglers, bspw. eines PI- oder Dead-Beat-Reglers, ggf. in Abhängigkeit von der gemessenen Position Xmess, geeignete Stellspannungen berechnet und ausgegeben werden.With the help of the block diagram in 10 The interconnection of the individual function blocks and the blocks themselves should be explained. The block 18 represents the magnetically supported rotor with a suitable bearing or a bearingless motor for generating additional torques. The position of the rotor X mess is measured for example by means of five position sensors. Alternatively, devices or algorithms for measuring or reconstructing the Lagerwicklungsinduktivitäten be provided, can be closed by the indirect to the position of the rotor. With the help of additional sensors, the position X s of the rotor 4 measured at an additional location. By that in the description too 8th described method is in the bend calculation block 19 reconstructs a measure of the deflection X ~ s. In the position controller 15 is calculated from the desired position X soll the rotor and its measured position X mess the target bearing force F L. In addition, the output for compensating the bending torque M k, should be weighted corresponding to the target bearing forces F L, should be switched so that F ~ L, should result. To the design of the position controller 15 A variety of methods, such as PID control or Trajektorienfolgeregelung known in the art. In the block 20 are depending on the desired behavior of the torque compensation M k, to calculate the temporal change of the measured deflection and / or the cumulative time measured bending in function of the measured deflection X ~ s. In this way, a behavior can be achieved in such a way that it responds to a bend with any flexibility and / or any damping behavior. By compensation torques M k, which should be given, for example, proportional to the time cumulation of the bending measured value, a permanent Durchbie be prevented at the measuring location. A torque torque converter 16 calculated from the target bearing forces F ~ L, soll and the compensation torques M k, should , possibly in dependence on the measured position X mess of the rotor, the target currents i soll . The amperage adjusting device 17 represents the current flowing in the coil current i is to the required value i soll a. For this purpose, the actually flowing currents can be measured and with the help of a current regulator, for example. A PI or dead-beat controller, possibly in response to the measured position X mess , suitable control voltages are calculated and output.

Regelungstechnische Beschreibung der ErfindungRegulatory description the invention

Anhand von Berechnungsansätzen soll die Erfindung näher dargelegt werden. Dazu wird allgemein das Funktionsprinzip dargestellt und anschließend für mehrere unterschiedliche, vorteilhafte Magnetlagerkonstruktionen das Verfahren zur Ansteuerung der Magnetlager beschrieben.Based of calculation approaches the invention should be closer be set out. For this purpose, the principle of operation is generally presented and subsequently for many different, advantageous magnetic bearing designs the process described for driving the magnetic bearings.

Ein elektromagnetisch gelagerter Rotor hat den in 1 dargestellten Aufbau. Dabei wird der Rotor 4 durch zwei dreiphasige elektromagnetische Radiallager 1, 2 und ein axiales Magnetlager 3 gelagert. Die Wahl der Lageranordnung ist frei, die in 1 dargestellte Lageranordnung ist exemplarisch. Die Radiallager 1 und 2 bestehen jeweils aus drei hufeisenförmigen Elektromagneten. Durch die Wicklungsströme iv,1, iv,2, iv,3 bzw. ih,1, ih,2, ih,3 im vorderen bzw. im hinteren Radiallager 1, 2 können Magnetkräfte Fv,1, Fv,2, Fv,3 bzw. Fh,1, Fh,2, Fh,3 erzeugt werden. Der Zusammenhang zwischen Magnetkraft und Wicklungsstrom kann näherungsweise zu

Figure 00130001
angenommen werden. Dabei hängen die Koeffizienten λv und λh vom Aufbau, der Windungszahl und den Materialeigenschaften der Radiallager 1, 2 ab. Die Luftspaltlängen der einzelnen Elektromagnete sv,1, sv,2, sv,3 bzw. sh,1, sh,2, sh,3 lassen sich aus der gemessenen Lage des Rotors 4 in den Radiallagern 1, 2 und den Nominalluftspaltlängen berechnen. Durch Überlagerung der Magnetkräfte Fv,1, Fv,2, Fv,3 bzw. Fh,1, Fh,2, Fh,3 und unter Berücksichtigung der Winkelstellungen der einzelnen Elektromag nete αv,1, αv,2, αv,3 bzw. αh,1, αh,2, αh,3 können die resultierenden Lagerkraftkomponenten Fv,h, Fv,v, bzw. Fh,h, Fh,v in horizontaler und vertikaler Richtung berechnet werden: Fv,h = Fv,1cosαv,1 + Fv,2cosαv,2 + Fv,3cosαv,3 Fv,v = Fv,1sinαv,1 + Fv,2sinαv,2 + Fv,3sinαv,3 Fh,h = Fh,1cosαh,1 + Fh,2cosαh,2 + Fh,3cosαh,3 Fh,v = Fh,1sinαh,1 + Fh,2sinαh,2 + Fh,3sinαh,3. An electromagnetically mounted rotor has the in 1 shown construction. This is the rotor 4 through two three-phase electromagnetic radial bearings 1 . 2 and an axial magnetic bearing 3 stored. The choice of bearing arrangement is free, the in 1 shown bearing arrangement is exemplary. The radial bearings 1 and 2 each consist of three horseshoe-shaped electromagnets. By the winding currents i v, 1 , i v, 2 , i v, 3 or i h, 1 , i h, 2 , i h, 3 in the front and in the rear radial bearing 1 . 2 Magnetic forces F v, 1 , F v, 2 , F v, 3 or F h, 1 , F h, 2 , F h, 3 can be generated. The relationship between magnetic force and winding current can be approximated
Figure 00130001
be accepted. The coefficients λ v and λ h depend on the design, the number of windings and the material properties of the radial bearings 1 . 2 from. The air gap lengths of the individual electromagnets s v, 1 , s v, 2 , s v, 3 and s h, 1 , s h, 2 , s h, 3 can be calculated from the measured position of the rotor 4 in the radial warehouses 1 . 2 and calculate the nominal air gap lengths. By superposition of the magnetic forces F v, 1 , F v, 2 , F v, 3 and F h, 1 , F h, 2 , F h, 3 and taking into account the angular positions of the individual Elektromag Neten α v, 1 , α v , 2 , α v, 3 or α h, 1 , α h, 2 , α h, 3 , the resulting bearing force components F v, h , F v, v , and F h, h , F h, v in horizontal and vertical direction are calculated: F v, h = F v, 1 cos v, 1 + F v, 2 cos v, 2 + F v, 3 cos v, 3 F v, v = F v, 1 sin .alpha v, 1 + F v, 2 sin .alpha v, 2 + F v, 3 sin .alpha v, 3 F h, h = F h, 1 cos h, 1 + F h, 2 cos h, 2 + F h, 3 cos h, 3 F h, v = F h, 1 sin .alpha h, 1 + F h, 2 sin .alpha h, 2 + F h, 3 sin .alpha h, 3 ,

Für den Sonderfall αv,1 = 0°, αv,2 = 120° und αv,3 = 240° vereinfachen sich die Gleichungen zu

Figure 00140001
For the special case α v, 1 = 0 °, α v, 2 = 120 ° and α v, 3 = 240 °, the equations become simpler
Figure 00140001

Wird für das elektromagnetische Axiallager 3 ein Lager nach 2 verwendet, kann der Zusammenhang zwischen Wicklungsströmen ip,1, ip,2, ip,3 bzw. in,1, in,2, in,3 (abhängig von der Axiallagerhälfte), Lagerkraft Fx und Lagerdrehmomenten Mh, Mv bei paarweiser Verschaltung der Lagerwicklungen nach 4 (Dabei soll die Sternschaltung der Wicklungspaare zunächst nicht verwendet werden.) bei Verdrehung der Lagerhälften um 90° zueinander durch Fx = Fp,1 + Fp,2 + Fp,3 – Fn,1 – Fn,2 – Fn,3, Mv = r(Fn,2 – Fn,3), Mh = r(Fp,2 – Fp,3)mit

Figure 00150001
beschrieben werden. Für jedes Wicklungspaar wurde ein Lagerparameter λp,1, λp,2, λp,3 bzw. λn,1, λn,2, λn,3 eingeführt. Aus der Nominalluftspaltlänge s0 und der gemessenen axialen Position px des Rotors 4 wird die jeweilige Luftspaltlänge berechnet. Der Faktor r steht für den radialen Abstand des Angriffspunktes der Magnetkraft von der Lagermitte. Durch jede Axiallagerhälfte des Axiallagers 3 können bei dieser vorteilhaften Verschaltungsvariante eine axiale Kraft und ein Drehmoment um die Vertikale bzw. Horizontale erzeugt werden.Used for the electromagnetic thrust bearing 3 a warehouse after 2 used, the relationship between winding currents i p, 1 , i p, 2 , i p, 3 or i n, 1 , i n, 2 , i n, 3 (depending on the thrust bearing half), bearing force F x and bearing torque M h , M v with pairwise interconnection of the bearing windings 4 (The star connection of the pairs of windings should not be used initially.) When the bearing halves are rotated by 90 ° with respect to each other F x = F p, 1 + F p, 2 + F p, 3 - F n, 1 - F n, 2 - F n, 3 . M v = r (f n, 2 - F n, 3 ), M H = r (f p, 2 - F p, 3 ) With
Figure 00150001
to be discribed. A bearing parameter λ p 1 was 1 for each pair of windings, λ p, 2, λ p, 3 or λ n, λ n, 2, λ n, introduced. 3 From the nominal air gap length s 0 and the measured axial position p x of the rotor 4 the respective air gap length is calculated. The factor r stands for the radial distance of the point of application of the magnetic force from the bearing center. Through each thrust bearing half of the thrust bearing 3 In this advantageous Verschaltungsvariante an axial force and torque can be generated about the vertical or horizontal.

Mit Hilfe eines Starrkörpermodells für den Rotor 4 lassen sich dessen Bewegungsgleichungen in der Form mp ..x = Fx mp ..h = Fv,h + Fh,h mp ..v = Fv,v + Fh,v Jd ..h = lvFv,v + lhFh,v + Mh Jd ..v = lvFv,h + lhFh,h + Mv schreiben. Aufgrund der einwirkenden Kräfte Fx, Fv,h, Fh,h, Fv,v, Fh,v und Drehmomente Mv, Mh wird der starre Rotor 4 mit der Masse m und dem Trägheitsmoment J in den Richtungen der Koordinaten px, ph, pv, dh, dv beschleunigt. Die Lagerkräfte Fv,h, Fv,v bzw. Fh,h, Fh,v wirken im Abstand lv bzw. lh vom Massenmittelpunkt auf den Rotor 4.With the help of a rigid body model for the rotor 4 can be equations of motion in the form mp .. x = F x mp .. H = F v, h + F h, h mp .. v = F v, v + F h, v Jd .. H = l v F v, v + l H F h, v + M H Jd .. v = l v F v, h + l H F h, h + M v write. Due to the forces F x , F v, h , F h, h , F v, v , F h, v and torques M v , M h becomes the rigid rotor 4 with the mass m and the moment of inertia J in the directions of the coordinates p x , p h , p v , d h , d v accelerated. The bearing forces F v, h , F v, v and F h, h , F h, v act at a distance l v or l h from the center of mass on the rotor 4 ,

Für die Regelung der Position des Rotors 4 wird ein Folgeregler mit den Parametern k0 und k1 verwendet, der aus der vorgegebenen Position des Rotors 4 und deren zeitlichen Ableitungen die geforderten Beschleunigungen Ẍd berechnet: d = –Ẍsoll + k1(Ẋmess – Ẋsoll) + k0(Xmess – Xsoll) + ẌStör. For the regulation of the position of the rotor 4 a follower with the parameters k 0 and k 1 is used, which is derived from the given position of the rotor 4 and whose time derivatives calculate the required accelerations Ẍ d : x d = -Ẍ should + k 1 (x mess - Ẋ should ) + k 0 (X mess - X should ) + Ẍ sturgeon ,

Der Vektor Xmess = (px pv ph dv dh) setzt sich aus den Koordinaten zur Beschreibung der Lage des Rotors 4 zusammen (Entsprechend die Vektoren der Soll-Positionen Xsoll, der Soll-Geschwindigkeiten Ẋsoll und der Soll-Beschleunigungen Ẍsoll). Zusätzlich kann ein Vektor der Störbeschleunigungen ẌStör aufgeschaltet werden, um die Positioniergenauigkeit zu verbessern. Der Positionsvektor Xmess, die erste Zeitableitung des Positionsvektors Ẋmess des Rotors 4 und der Störbeschleunigungsvektor ẌStör können durch Sensoren gemessen oder aus anderen Messwerten rekonstruiert werden.The vector X measured = (p x p v p v d h d h) is made up of the coordinates used to describe the position of the rotor 4 together (corresponding to the vectors of the target positions X soll , the target speeds Ẋ soll and the target accelerations Ẍ soll ). In addition, a vector of interference accelerations X sturgeon can be switched on to improve positioning accuracy. The position vector X mess , the first time derivative of the position vector Ẋ mess of the rotor 4 and X Störbeschleunigungsvektor interference may be measured by sensors or reconstructed from other measured values.

Wählt man die Sollwerte für die Drehmomente Mh, Mv, so können mit den Bewegungsgleichungen für einen Starrkörper aus den Komponenten des Soll-Beschleunigungsvektors Ẍd die Soll-Lagerkräfte (zusammengefasst zu einem Vektor F ~L,soll) für Fx, Fv,h, Fv,v, Fh,h, Fh,v berechnet werden.If one selects the setpoint values for the torques M h , M v , then using the equations of motion for a rigid body from the components of the desired acceleration vector Ẍ d, the desired bearing forces (combined to form a vector F ~ L, soll ) for F x , F v, h , F v, v , F h, h , F h, v are calculated.

Mit Hilfe der mathematischen Lagermodelle (Zusammenhang zwischen den Luftspalten, den Spulenströmen und den dadurch entstehenden Lagerkräften) können aus den Messgrößen px, ph, pv, dh, dv für die Lage des Rotors 4 (zusammengefasst zum Vektor Xmess) und dem zuvor berechneten Soll-Lagerkraftvektor F ~L,soll (bestehend aus den Sollwerten für Fx, Fv,h, Fv,v, Fh,h und Fh,v) und den vorgegebenen Werten (zusammengefasst zum Vektor Mk,soll) für die Lagerdrehmomente Mh, Mv die Sollwerte isoll (Vektor der Soll-Stromstärken) für die Lagerstromstärken ip,1, ip,2, ip,3, in,1, in,2, in,3 (Axiallagerströme) und iv,1, iv,2, iv,3, ih,1, ih,2, ih,3 (Radiallagerströme) berechnet werden. (Diese Berechnung wird in 10 durch den Block 16 repräsentiert.) Die Berechnung der Soll-Lagerströme kann beispielhaft für das vordere Radiallager 1 für die vorteilhafte Ausführung mit αv,1 = 0°, αv,2 = 120° und αv,3 = 240° durch

Figure 00170001
und
Figure 00180001
erfolgen, wobei F0 eine positiv frei wählbare Arbeitspunktkraft ist. Die Soll-Lagerströme für das Axiallager 3 können aus der Vorgabe für die Lagerdrehmomente Mv, Mh und der Axialkraft F sowie der gemessenen Axialposition px durch
Figure 00180002
berechnet werden, wobei Fx,0, Fp,0 und Fn,0 positiv frei wählbare Arbeitspunktkräfte sind.With the aid of the mathematical bearing models (relationship between the air gaps, the coil currents and the resulting bearing forces), it is possible to determine the position of the rotor from the measured variables p x , p h , p v , d h , d v 4 (summarized to vector X mess ) and the previously calculated desired bearing force vector F ~ L, should (consisting of the setpoints for F x , F v, h , F v, v , F h, h and F h, v ) and the given values (summarized to the vector M k, soll ) for the bearing torque M h , M v, the setpoint values i soll (vector of desired currents) for the bearing currents i p, 1 , i p, 2 , i p, 3 , i n , 1 , i n, 2 , i n, 3 (thrust bearing flows) and i v, 1 , i v, 2 , i v, 3 , i h, 1 , i h, 2 , i h, 3 (radial bearing currents) , (This calculation will be in 10 through the block 16 The calculation of the desired bearing currents can be exemplary for the front radial bearing 1 for the advantageous embodiment with α v, 1 = 0 °, α v, 2 = 120 ° and α v, 3 = 240 °
Figure 00170001
and
Figure 00180001
be done, where F 0 is a positive arbitrary operating point force. The nominal bearing currents for the thrust bearing 3 can from the specification for the bearing torque M v , M h and the axial force F and the measured axial position p by x
Figure 00180002
where F x, 0 , F p, 0 and F n, 0 are freely selectable operating point forces.

Für das Verfahren zur Ansteuerung des Axiallagers 3 als Lager mit zusätzlicher Kraft- bzw. Drehmomenteneinprägung sind mehrere Verschaltungsvarianten denkbar. In 3 und 4 sind beispielhaft zwei Varianten dargestellt. In beiden Fällen sind Sternschaltung oder separate Ansteuerung der Lagerwicklungen möglich. Für den Entwurf des Ansteueralgorithmus muss das zu verwendende mathematische Modell entsprechend der Wicklungsverteilung, der Verschaltung der Lagerwicklungen und der Orientierung der Axiallagerhälften angepasst werden. Dem Fachmann ist beispielsweise die Modellierung als magnetisches Netzwerk bekannt. Für die Sternverschaltung muss eine zusätzliche algebraische Bedingung i1 + i2 + i3 = 0 bzw. iu + iv + iw = 0 berücksichtigt werden.For the method for controlling the thrust bearing 3 as a bearing with additional force or torque impression multiple Verschaltungsvarianten are conceivable. In 3 and 4 By way of example, two variants are shown. In both cases star connection or separate control of the bearing windings is possible. For the design of the driving algorithm, the mathematical model to be used has to be adapted according to the winding distribution, the interconnection of the bearing windings and the orientation of the axial bearing halves. The person skilled in the art, for example, the modeling known as a magnetic network. For the star connection, an additional algebraic condition i 1 + i 2 + i 3 = 0 or i u + i v + i w = 0 must be taken into account.

Der in 10 dargestellte Block Nr. 19 repräsentiert den Berechnungsalgorithmus für die Biegung des Rotors 4. Bei einer vorteilhaften Ausführung sind die Abstandssensoren 14a, 14b an Stellen montiert, an denen keine Auslenkung durch Verbiegen des Rotors 4 zu erwarten ist. Durch zusätzlich am Rotor 4 montierte Sensoren 13 wird beispielsweise die Lage Xs der Axiallagerscheibe 7 erfasst. Diese Messwerte Xs geben aber nicht ausschließlich die Biegung des Rotors 4 wieder, sondern werden auch von einer gewünschten Lageänderung des Rotors 4 beeinflusst. Mit Hilfe der bekannten geometrischen Zusammenhänge ist es dem Fachmann möglich, aus den Messwerten Xmess der Sensoren 14a, 14b die Lage des Rotors 4 zu berechnen, mit denen die Messwerte Xs so korrigiert werden können, dass man ein Maß X ~s für die Biegung des Rotors erhält.The in 10 Block No. 19 represents the calculation algorithm for the bending of the rotor 4 , In an advantageous embodiment, the distance sensors 14a . 14b mounted in places where there is no deflection by bending the rotor 4 is to be expected. In addition to the rotor 4 mounted sensors 13 For example, the position X s of the thrust washer 7 detected. However, these measured values X s do not give exclusively the bending of the rotor 4 Again, but also by a desired change in position of the rotor 4 affected. With the help of the known geometric relationships, it is possible for the skilled man, from the measured values of the sensors measured X 14a . 14b the position of the rotor 4 with which the measured values X s can be corrected to obtain a measure X s for the bending of the rotor.

Werden die Messwerte der Lagesensoren 14a, 14b durch die Biegung des Rotors 4 beeinflusst, so können die Sensormesswerte durch Filtern in einzelne Frequenzbereiche zerlegt werden, um geeignete Messwerte zu erhalten. Mit Hilfe einer Modalanalyse können die Schwingungsamplituden an den Montagestellen der Sensoren 14a, 14b abgeschätzt und für die Berechnung der Biegung des Rotors 4 hinzugezogen werden.Become the readings of the position sensors 14a . 14b through the bend of the rotor 4 If necessary, the sensor measured values can be separated by filtering into individual frequency ranges in order to obtain suitable measured values. Using a modal analysis, the vibration amplitudes at the mounting points of the sensors 14a . 14b estimated and for the calculation of the bending of the rotor 4 be involved.

Magnetisch gelagerte Rotoren werden meist so ausgelegt, dass der zu erwartende Frequenzbereich der Erregungen des Rotors, beispielsweise durch die Rotation, durch Bearbeitungskräfte an einem Werkzeug usw., unterhalb kritischer Eigenfrequenzen des Rotors liegt. Bei einer solchen vorteilhaften Ausführung genügt es zur Ermittlung der Biegung des Rotors 4, die Sensorsignale Xs mit Hilfe eines Hochpassfilters zu verarbeiten. Das Hochpassfilter wird so dimensioniert, dass die Anteile des Messsignals, die der gewollten Bewegung des Rotors 4 und der Bewegung durch einwirkende Störungen entsprechen, bedämpft werden, so dass man den Anteil X ~s erhält, der der Biegung des Rotors 4 entspricht.Magnetically mounted rotors are usually designed so that the expected frequency range of the excitation of the rotor, for example by the rotation, by machining forces on a tool, etc., below critical natural frequencies of the rotor. In such an advantageous embodiment, it is sufficient to determine the bending of the rotor 4 to process the sensor signals X s using a high-pass filter. The high-pass filter is dimensioned so that the proportions of the measurement signal, that of the intended movement of the rotor 4 and the movement due to acting disturbances are attenuated, so that one obtains the proportion X ~ s , that of the bending of the rotor 4 equivalent.

Der Regler für die Biegung ist in 10 als Block 20 dargestellt. Dabei wird das Kompensationsdrehmoment Mk,soll in Abhängigkeit vom Messwert X ~s, der ein Maß für die Biegung darstellt, und dessen zeitlicher Änderung

Figure 00200001
durch
Figure 00200002
berechnet, wobei die Koeffizienten k0 und k1 Reglerparameter sind. Die zeitliche Änderung
Figure 00200003
des Biegungsmesswertes kann durch einen Differenzenquotienten oder mittels geeigneter Filter (z.B. durch Beobachter) aus X ~s ermittelt werden. Um eine bleibende Regelabweichung bezüglich der Biegung zu unterbinden, kann zusätzlich ein Integralanteil ergänzt werden:
Figure 00210001
The controller for the bend is in 10 as a block 20 shown. In this case, the compensation torque M k, should , depending on the measured value X ~ s , which is a measure of the bend, and its temporal change
Figure 00200001
by
Figure 00200002
calculated, wherein the coefficients k 0 and k 1 are controller parameters. The temporal change
Figure 00200003
the deflection measured value s can be determined by a difference quotient or using suitable filters (for example, by an observer) from X ~. In order to prevent a permanent deviation with respect to the bend, an additional integral part can be added:
Figure 00210001

Das so berechnete, zusätzlich auf den Rotor 4 wirkende Kompensationsdrehmoment Mk,soll (bestehend aus den Komponenten Mv und Mh) kann zur Vermeidung unnötiger Regelabweichungen bei der Berechnung des Lagereglers 15 berücksichtigt werden (Berechnung von F ~L,soll). Zur Berechnung der Soll-Lagerkräfte

Figure 00210002
werden in den Starrkörpergleichungen die entsprechenden Drehmomente eingesetzt, wodurch die Radiallager 1, 2 zusätzliche Gegenkräfte aufbringen (vgl. 9b)).The calculated so, in addition to the rotor 4 acting compensating torque M k, soll (consisting of the components M v and M h ) can be used to avoid unnecessary control deviations in the calculation of the position controller 15 be taken into account (calculation of F ~ L, shall ). For calculating the target bearing forces
Figure 00210002
the corresponding torques are used in the rigid body equations, whereby the radial bearings 1 . 2 muster additional opposing forces (cf. 9b )).

Anstelle des Axiallagers 3 können auch die Radiallager 1, 2 für die Erzeugung von Kompensationskräften bzw. von Kompensationsdrehmomenten verwendet werden. Besonders vorteilhaft sind dafür Radiallager 1, 2 in homopolarer Bauweise, wie in 5 bis 7 dargestellt. Der Kraft-Stromstärke-Zusammenhang, beispielhaft für das in 5 dargestellte Unipolarlager, entspricht in guter Näherung Fv,1 = ki,1iv,1 + kp,1pf,v, Fh,1 = k1ih,1 + kp,1pf,h, Fv,2 = k2iv,2 + kp,2pf,v, Fh,2 = k2ih,2 + kp,2pf,h mit den Lagerkoeffizienten ki,1, ki,2, kp,1, kp,2, den Positionen des Rotors 4 im Lager pf,v, pf,h und den Lagerstromstärken iv,1, ih,1 (erste Lagerhälfte), iv,2, ih,2 (zweite Lagerhälfte). Aus den erzeugten Magnetkräften Fv,1, Fh,1, Fv,2, Fh,2 resultieren Lagerkräfte und Kompensationsdrehmomente

Figure 00220001
wobei l1 den Abstand zwischen den Mitten der beiden Radiallagerhälften bezeichnet. Daraus ergibt sich für die Vorgabe gewünschter Lagerkräfte und gewünschter Kompensationsdrehmomente eine Berechnungsvorschrift für die Magnetkräfte Fv,1, Fh,1, Fv,2, Fh,2 und damit auch für die Wicklungsströme iv,1, ih,1, iv,2, ih,2:
Figure 00220002
Instead of the thrust bearing 3 can also use the radial bearings 1 . 2 be used for the generation of compensation forces or compensation torques. Radial bearings are particularly advantageous for this purpose 1 . 2 in homopolar construction, as in 5 to 7 shown. The force-current relationship, exemplary of the in 5 shown unipolar bearing, corresponds to a good approximation F v, 1 = k i, 1 i v, 1 + k p, 1 p f, v , F h, 1 = k 1 i h, 1 + k p, 1 p f, h . F v, 2 = k 2 i v, 2 + k p, 2 p f, v , F h, 2 = k 2 i h, 2 + k p, 2 p f, h with the bearing coefficients k i, 1 , k i, 2 , k p, 1 , k p, 2 , the positions of the rotor 4 in the bearing p f, v , p f, h and the bearing currents i v, 1 , i h, 1 (first half of the bearing), i v, 2 , i h, 2 (second bearing half). From the generated magnetic forces F v, 1 , F h, 1 , F v, 2 , F h, 2 resulting bearing forces and compensation torques
Figure 00220001
where l 1 denotes the distance between the centers of the two radial bearing halves. This results in the specification of desired bearing forces and desired compensation torques calculation rule for the magnetic forces F v, 1 , F h, 1 , F v, 2 , F h, 2 and thus also for the winding currents i v, 1 , i h, 1 , i v, 2 , i h, 2 :
Figure 00220002

Für die Dämpfung von Biegeschwingungen und die Kompensation von Biegungen können die zuvor vorgestellten aktiven Magnetlager kombiniert werden, d.h. beispielsweise, dass die Verwendung von zwei Unipolarlagern als Radiallager 1, 2 und einem Axiallager 3 mit zusätzlicher Drehmomenteneinprägung möglich ist.For the damping of bending vibrations and the compensation of bends, the previously presented active magnetic bearings can be combined, ie, for example, that the use of two unipolar bearings as a radial bearing 1 . 2 and a thrust bearing 3 with additional torque impression is possible.

Zusammengefasst heißt das, dass bei Verwendung eines anderen geeigneten Magnetlagers (siehe beispielsweise 6 und 7) oder bei einer Veränderung der Verschaltung der Lagerwick lungen lediglich der Algorithmus im Block 16 der 10 angepasst werden muss.In summary, this means that when using another suitable magnetic bearing (see for example 6 and 7 ) or in the event of a change in the interconnection of the bearing windings, only the algorithm in the block 16 of the 10 must be adjusted.

Anwendungsgebiet der Erfindungfield of use the invention

Der erfindungsgemäße Rotor kann, motorisch angetrieben, beispielsweise ein spanabhebendes Werkzeug, wie einen Bohrer, Fräser oder Drehmeißel, tragen und hochgenaue Bohrungen und Konturen herstellen. Die Regelung der elektromagnetischen Lager lässt es dabei zu, programmgesteuert runde oder unrunde Konturen herzustellen, wobei Schwingungen und Biegungen der Welle, bedingt durch den Eingriff des Werkzeugs am Material, kompensiert werden. Ferner können diese zusätzlichen Kräfte und/oder Drehmomente verwendet werden, um eine weitere Lagerfunktion für den Rotor zu übernehmen oder weitere Lagervorrichtungen des Rotors zu unterstützen.Of the rotor according to the invention can, powered by a motor, for example a cutting tool, like a drill, cutter or turning tools, carry and produce highly accurate holes and contours. The regulation the electromagnetic bearing leaves it to programmatically create round or out-of-round contours, where vibrations and bends of the shaft, due to the engagement of the tool on the material to be compensated. Furthermore, these can additional personnel and / or torques used to provide another bearing function for the Rotor take over or to support further bearing devices of the rotor.

1, 21, 2
Radiallagerradial bearings
33
Axiallagerthrust
44
Rotorrotor
55
Statorstator
6, 86 8th
Lagerwicklungbearing winding
77
Lagerscheibebearing disk
99
Lagerringbearing ring
10, 1110 11
RadiallagerhälftenRadial bearing halves
10a10a
Stege aus magnetisch leitfähigem MaterialStege made of magnetically conductive material
1212
Permanentmagnetpermanent magnet
1313
Zusatzsensoradditional sensor
14a, 14b14a, 14b
Abstandssensordistance sensor
1515
LagereglerblockPosition controller block
1616
Drehmomenten-Stromstärke-WandlerTorque-current converter
1717
StromstärkenstelleinrichtungCurrent setting device
1818
Block für den magnetisch gelagerten Rotorblock for the magnetically mounted rotor
1919
BiegungsberechnungsblockDeflection calculation block
2020
BiegungsreglerblockBending regulator block

Claims (18)

Verfahren zum Ansteuern aktiver Magnetlager, bei denen die elektromagnetischen Teile räumlich verteilt angeordnet sind, und durch Ansteuern der einzelnen Lagerwicklungen verteilt auf ein ferromagnetisches Teil (Rotor 4) wirkende Kräfte und/oder Drehmomente erzeugt werden, die zur Lagerung des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) dienen, dadurch gekennzeichnet, dass durch gezieltes Einstellen der Wicklungsströme zusätzlich zu den Lagerkräften weitere Kräfte und/oder Drehmomente für die Dämpfung von Schwingungen und/oder für die Kompensation von Biegungen des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) erzeugt werden können.Method for driving active magnetic bearings, in which the electromagnetic parts are spatially distributed, and by driving the individual bearing windings distributed on a ferromagnetic part (rotor 4 ) acting forces and / or torques generated for the storage of the ferromagnetic part (rotor 4 ), characterized in that by targeted adjustment of the winding currents to in addition to the bearing forces further forces and / or torques for the damping of vibrations and / or for the compensation of bends of the ferromagnetic part (rotor 4 ) can be generated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Wicklungsströme in den Lagerwicklungen der Magnetlager (1, 2, 3) in Abhängigkeit von der gemessenen Luftspaltkonstellation in den Magnetlagern (1, 2, 3) erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the calculation of the winding currents in the bearing windings of the magnetic bearing ( 1 . 2 . 3 ) as a function of the measured air gap constellation in the magnetic bearings ( 1 . 2 . 3 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung von Schwingungen des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) durch Kräfte und/oder Drehmomente erfolgt, die in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung der erfassten Biegung des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) erzeugt werden.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the damping of vibrations of the ferromagnetic part (rotor 4 ) is effected by forces and / or torques, which in dependence on the time change of the detected bending of the ferromagnetic part (rotor 4 ) be generated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation von Biegungen des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) durch Kräfte und/oder Drehmomente erfolgt, die in Abhängigkeit von der erfassten Biegungsamplitude erzeugt werden.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the compensation of bends of the ferromagnetic part (rotor 4 ) is effected by forces and / or torques which are generated as a function of the detected bending amplitude. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Biegungskompensation durch einen Integral-Anteil in einem Regler (20) solange die Kompensationskräfte und/oder Kompensationsdrehmomente erhöht werden, bis keine bleibende Restbiegung des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) zurückbleibt.A method according to claim 4, characterized in that in a bending compensation by an integral component in a controller ( 20 ) as long as the compensation forces and / or compensation torques are increased until no residual deflection of the ferromagnetic part (rotor 4 ) remains. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Schwingungsdämpfung bzw. Biegungskompensation des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) zusätzlich erzeugten Kräfte und Drehmomente bei der Lageregelung des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) berücksichtigt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the vibration damping or bending compensation of the ferromagnetic part (rotor 4 ) additionally generated forces and torques in the position control of the ferromagnetic part (rotor 4 ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte von Lagesensoren (14a, 14b), die für die Lageregelung des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) angebracht sind, zur Erfassung der Biegung/Biegeschwingung des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) mitbenutzt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the measured values of position sensors ( 14a . 14b ), which are used for the position control of the ferromagnetic part (rotor 4 ) are mounted, for detecting the bending / bending vibration of the ferromagnetic part (rotor 4 ) be shared. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte zur Erfassung der Biegung/Schwingung mittels Vorrichtungen zur Messung der Lagerwicklungsinduktivitäten gewonnen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the measured values for detecting the bending / vibration obtained by means of devices for measuring the Lagerwicklungsinduktivitäten become. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerwicklungen der Magnetlager (1, 2, 3) zum Stern verschaltet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing windings of the magnetic bearings ( 1 . 2 . 3 ) are connected to the star. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerwicklungen der Magnetlager (1, 2, 3) mit einem Zwischenkreisumrichter angesteuert werden.A method according to claim 9, characterized in that the bearing windings of the magnetic bearing ( 1 . 2 . 3 ) can be controlled with a DC link converter. Magnetlagereinrichtung zur Lagerung eines ferromagnetischen Teils (Rotors 4), mit zwei elektromagnetischen Radiallagern (1, 2) und einem elektromagnetischen Axiallager (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (3) zusätzlich zu den axialen Lagerkräften gezielt weitere Kräfte und/oder Drehmomente für die Dämpfung von Schwingungen und/oder entgegen einem Biegeverhalten des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) aufbringt.Magnetic bearing device for mounting a ferromagnetic part (rotor 4 ), with two electromagnetic radial bearings ( 1 . 2 ) and an electromagnetic thrust bearing ( 3 ), characterized in that the thrust bearing ( 3 ) in addition to the axial bearing forces selectively further forces and / or torques for the damping of vibrations and / or against a bending behavior of the ferromagnetic part (rotor 4 ). Magnetlagereinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder beide Radiallager (1, 2) zusätzlich zu den radialen Lagerkräften und abhängig von in dem Axiallager (3) aufzubringenden Zusatzkräften Kompensationskräfte und/oder Kompensationsdrehmomente in das ferromagnetische Teil (Rotor 4) einleitet/einleiten.Magnetic bearing device according to claim 11, characterized in that one or both radial bearings ( 1 . 2 ) in addition to the radial bearing forces and depending on in the thrust bearing ( 3 ) applied additional forces compensating forces and / or compensation torques in the ferromagnetic part (rotor 4 ) initiates / initiate. Magnetlagereinrichtung zur Lagerung eines ferromagnetischen Teils (Rotors 4), mit zwei elektromagnetischen Radiallagern (1, 2) und einem elektromagnetischen Axiallager (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein oder beide Radiallager (1, 2) zusätzlich zu den radialen Lagerkräften gezielt weitere Kräfte und/oder Drehmomente für die Dämpfung von Schwingungen und/oder entgegen einem Biegeverhalten des ferromagnetischen Teils (Rotors 4) aufbringt/aufbringen.Magnetic bearing device for mounting a ferromagnetic part (rotor 4 ), with two electromagnetic radial bearings ( 1 . 2 ) and an electromagnetic thrust bearing ( 3 ), characterized in that one or both radial bearings ( 1 . 2 ) in addition to the radial bearing forces deliberately further forces and / or torques for the damping of vibrations and / or against a bending behavior of the ferromagnetic part (rotor 4 ). Magnetlagereinrichtung nach Anspruch 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager (3) im Wesentlichen aus einer mit dem Rotor (4) starr verbundenen ferromagnetischen Lagerscheibe (7) und beiderseits der Lagerscheibe (7) spindelgehäusefest angeordneter Axiallagerhälften mit ihren Statoren (5) aufgebaut ist.Magnetic bearing device according to claim 11, 12 or 13, characterized in that the thrust bearing ( 3 ) essentially one with the rotor ( 4 ) rigidly connected ferromagnetic bearing disk ( 7 ) and on both sides of the bearing disk ( 7 ) Axial bearing halves fixed to the spindle housing with their stators ( 5 ) is constructed. Magnetlagereinrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder beide Radiallager (1, 2) aus zwei spindelgehäusefesten Radiallagerhälften (10, 11) mit je einem Magnetpole ausbildenden Lagerring (9) besteht, die den Rotor (4) umschließen und magnetisch kurzgeschlossen sind.Magnetic bearing device according to claim 12 or 13, characterized in that one or both Ra diallager ( 1 . 2 ) consists of two spindle housing-fixed radial bearing halves ( 10 . 11 ), each with a magnetic pole forming bearing ring ( 9 ), which is the rotor ( 4 ) and are magnetically short-circuited. Magnetlagereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Teil (Rotor 4) ausschließlich magnetisch gelagert ist.Magnetic bearing device according to one of claims 11 to 15, characterized in that the ferromagnetic part (rotor 4 ) is exclusively magnetically stored. Magnetlagereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) motorisch angetrieben ist und am Ende ein spanabhebendes Werkzeug oder ein zu bearbeitendes Werkstück trägt.Magnetic bearing device according to one of claims 11 to 16, characterized in that the rotor ( 4 ) is driven by a motor and at the end carries a cutting tool or a workpiece to be machined. Magnetlagereinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, gekennzeichnet durch eine Ansteuerung der elektromagnetischen Lager (1, 2, 3) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10.Magnetic bearing device according to one of Claims 11 to 17, characterized by a control of the electromagnetic bearings ( 1 . 2 . 3 ) according to at least one of claims 1 to 10.
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