DE2741062A1

DE2741062A1 - Magnetic bearing for high speed rotor - has permanent magnets and solenoids adjusting rotor axial position for stabilising during critical speed range

Info

Publication number: DE2741062A1
Application number: DE19772741062
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Ing Auer; Guenter Ing Grad Innerhofer; Walter Schneider; Rainer Dipl Ing Sindlinger
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1977-09-13
Filing date: 1977-09-13
Publication date: 1979-03-22

Abstract

The magnetic bearing of high speed rotor has a stator with two magnetic systems interacting with ferromagnetic rotor parts. The rotor is actively stabilised axially and passively in the radial direction. The first magnetic system (8) has a permanent magnetic ring (9). The second magnetic system (20) or rotor has two parts between which is arranged a ferromagnetic part (32) of the rotor or stator with pole rings. The second magnetic system has round solenoids. The axial position of the rotor is adjusted by these solenoids in relation to axial displacement signals.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur magneti-The invention relates to an arrangement for magnetic

schen Lagerung eines insbesondere schnelldrehenden Rotors wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschrieben ist.rule storage of a particularly fast rotating rotor like them is described in the preamble of claim 1.

Eine derartige Anordnung ist aus der US-PS 34 73 852 bekannt geworden, in welcher zur axialen Stabilisierung des rotierenden Körpers auf dem Stator zwei aktiv geregelte Magnetsysteme mit Ringspulen vorgesehen sind. Die Magnet systeme enthalten jeweils zwei Polringe aus ferromagnetischem Material, welchen in axialer Richtung gegenüberliegend Rotorteile aus ferromagnetischem Material mit koaxialen Polringen zugeordnet sind. Die axiale Stabilisierung erfolgt in Abhängigkeit von Signalen entsprechend der axialen Stellung bzw. Bewegung des Rotors durch Ansteuerung der Ringspulen.Such an arrangement is known from US-PS 34 73 852, in which to axially stabilize the rotating body on the stator two actively regulated magnet systems with ring coils are provided. The magnet systems each contain two pole rings made of ferromagnetic material, which in axial Direction opposite rotor parts made of ferromagnetic material with coaxial Pole rings are assigned. The axial stabilization takes place as a function of Signals corresponding to the axial position or movement of the rotor by activation of the toroidal coils.

Aufgrund der koaxialen Ausbildung der Polringe von Rotor und Stator wird eine passive Stabilisierung in radialer Richtung bzw. um die zur Drehachse senkrechten Raumachsen erreicht. Bei einer derartigen Anordnung muß zur Erzeugung der Stabilisierungskräfte in axialer Richtung fortwährend Strom zugeführt werden, so daß eine erhebliche Leistungsaufnahme erfolgt. Es ist daher gemäß DT-OS 23 42 767 eine Anordnung vorgeschlagen worden, deren Magnetsysteme Permanentmagnete zur Erzeugung der statischen Lagerkräfte enthalten, so daß die Ring spulen ausschließlich die zur Einhaltung der axialen Sollstellung des Rotors erforderlichen Steuerkräfte erzeugen.Due to the coaxial design of the pole rings of the rotor and stator becomes a passive stabilization in the radial direction or around the axis of rotation vertical spatial axes reached. With such an arrangement must be used to generate the stabilizing forces are continuously supplied with current in the axial direction, so that a considerable amount of power is consumed. It is therefore according to DT-OS 23 42 767 an arrangement has been proposed whose magnet systems are permanent magnets Generating the static bearing forces included, so that the ring spools exclusively the control forces required to maintain the axial target position of the rotor produce.

Bei dieser Anordnung sind auf dem Rotor Permanentmagnete angeordnet, so daß bei hohen Rotordrehzahlen Festigkeitspropleme auftreten. Weiterhin erfordert die separate Ausbildung der Magnet systeme mit Ringspulen einerseits sowie der genannten Permanentmagnete andererseits einen nicht unerheblichen Aufwand in der Kunstruktion und Fertigung solcher Anordnungen.In this arrangement, permanent magnets are arranged on the rotor, so that strength problems occur at high rotor speeds. Further required the separate training of the magnet systems with toroidal coils on the one hand and the aforementioned Permanent magnets on the other hand a not inconsiderable effort in the art construction and making such arrangements.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine im Aufbau einfache sowie kostengünstige Anordnung zu schaffen, welche auch bei hohen Drehzahlen zuverlässig arbeitet und beim Hochlaufen auf Nenndrehzahl kritische Drehzahlbereiche sicher durchläuft.The invention is therefore based on the object mentioned disadvantage to avoid and to create an arrangement that is simple in structure and inexpensive, which works reliably even at high speeds and when running up to the nominal speed safely passes through critical speed ranges.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.The object is achieved according to the invention by the characterizing part of claim 1 specified features solved.

Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aus, wobei auch für große Lagerkräfte ein vergleichsweise geringer Energiebedarf erforderlich ist. Die statischen Lagerkräfte werden mittels der Permanentmagnete aufgebracht, wobei aufgrund der ferromagnetischen Polringe Inhomogenitäten der Permanentmagnete sehr gut ausgeglichen werden und selbst bei hohen Drehzahlen Störkräfte vermieden werden. Die Permanentmagnetringe sind entweder aus einem Stück gefertigt oder aus mehreren in einer Radialebene nebeneinander liegende Sektoren hergestellt. In den Luftspalten zwischen den Polringen des zweiten Magnetsystems überlagern sich die Magnetflüsse der Permanentmagnete mit denen der Ringspulen derart, daß der Rotor eine axiale Sollage einhalten kann, wobei eine vergleichsweise geringe Steuerleistung den Ringspulen zugeführt werden muß. Die Verwendung von radial magnetisierten Permanentmagnetringen, welche von Polringen unterschiedlichen Durchmessers umgeben sind, ermöglicht eine sehr einfache und genaue Herstellung derselben, so daß in den Luftspalten zwischen den jeweiligen Polringen von Stator und Rotor ein sehr homogenes magnetisches Feld erreicht wird. Es hat sich hinsichtlich des Energiebedarfs als sehr vorteilhaft erwiesen, den elektronischen Regler, welcher mit den Ringspulen verbunden ist, auf eine Null-Leistungsregelung auszulegen. Hierzu weist der Regler bevorzugt eine Rückführschleife derart auf, daß die den Ringspulen zugeführten Signale auf den Nullwert geregelt werden, so daß der Rotor mittels der Permanentmagnete in einer stabilen Gleichgewichtslage gehalten wird.The arrangement according to the invention is characterized by a simple one and inexpensive construction, with a comparative also for large bearing forces low energy consumption is required. The static bearing forces are determined by means of applied to the permanent magnets, due to the ferromagnetic pole rings Inhomogeneities of the permanent magnets are very well balanced and even with high speeds disruptive forces are avoided. The permanent magnet rings are either made from one piece or from several lying next to each other in a radial plane Sectors manufactured. In the air gaps between the pole rings of the second magnet system the magnetic fluxes of the permanent magnets and those of the toroidal coils are superimposed in such a way that that the rotor can maintain an axial target position, with a comparatively small one Control power must be supplied to the ring coils. The use of radially magnetized Permanent magnet rings, which are surrounded by pole rings of different diameters are, enables a very simple and precise manufacture of the same, so that in the air gaps between the respective pole rings of the stator and rotor homogeneous magnetic field is achieved. It has changed in terms of energy requirements proved to be very advantageous, the electronic controller, which with the toroidal coils is connected to be designed on a zero power control. This points the Controller preferably has a feedback loop in such a way that the toroidal coils supplied Signals are regulated to the zero value, so that the rotor by means of the permanent magnets is kept in a stable equilibrium position.

Bei berührungsfreien magnetischen Lagerungen können sich insbesondere beim Hochlaufen auf hohe Drehzahlen bis zu 100.000 Umdrehungen pro Minute bei Durchfahren von kritischen Drehzahlbereichen oder bei von außen angreifenden Störkräften oder Drehmomenten Schwingungsprobleme oder Stabilitätsprobleme ergeben. Zur Überwindung derartiger Schwierigkeiten wird gemäß einer bevorzugten Ausführung vorgeschlagen, wenigstens eine mechanische Hilfslagerung derart vorzusehen, daß diese innerhalb des Rotors bzw. der Rotorwelle sich befindet. Mit einer derartigen Anordnung der mechanischen Hilfslager wird erreicht, daß bei Auslenkungen des Rotors mittels Hilfslager aufgrund der hierbei auftretenden Reibkräfte auf den drehenden Rotor ein Drehmoment ausgeübt wird.In the case of non-contact magnetic bearings, in particular when ramping up to high speeds up to 100,000 revolutions per minute when driving through of critical speed ranges or from external disturbing forces or Torques result in vibration problems or stability problems. To overcome such difficulties is proposed according to a preferred embodiment, to provide at least one mechanical auxiliary bearing so that this within of the rotor or the rotor shaft is located. With such an arrangement of the mechanical auxiliary bearing is achieved that with deflections of the rotor by means of auxiliary bearings a torque on the rotating rotor due to the frictional forces occurring here is exercised.

Dieses Drehmoment ist nach außen gerichtet und dreht den Rotor wieder in die erforderliche Normallage zurück. Die genannten Drehmomente wirken somit den durch die Schwingungen verursachten Auslenkungen im Sinne einer Dämpfung entgegene. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Wirkungen nur mit der vorgeschlagenen Anordnung der Hilfslager innerhalb der Rotorwelle oder des Rotors erzielt werden können und die bekannten von außen an den Rotor angreifenden Notlagerungen den gegenteiligen Effekt zeigen, daß der Rotor aufgrund der wirkenden Drehmomente noch in zunehmendem Maße an die Notlager angepreßt wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Hilfslager statorseitig mit elastischen Mitteln wie beispielsweise Federn oder Gummiringen anzuordnen, so daß eine zusätzliche Dämpfungswirkung erzielt wird. Weisen die genannten Mittel eine progressive Federkennlinie auf, so können gemäß bevorzugter Weiterbildung selbst große Schwingungsamplituden beherrscht werden. Aufgrund der oben vorgeschlagenen Maßnahmen wird bei einem geringen konstruktiven Aufwand eine äußerst wirkungsvolle Begrenzung bzw.This torque is directed outwards and turns the rotor again back to the required normal position. The torques mentioned thus act on the deflections caused by the vibrations in the sense of damping. It should be noted that these effects only with the proposed arrangement the auxiliary bearings can be achieved within the rotor shaft or the rotor and the known emergency bearings that attack the rotor from the outside have the opposite effect Effect show that the rotor is still increasing due to the acting torques Dimensions of the emergency storage is pressed. It has proven beneficial to the auxiliary camp on the stator side with elastic means such as springs or rubber rings to be arranged so that an additional damping effect is achieved. Assign the said Means a progressive spring characteristic, so can according to a preferred development even large vibration amplitudes can be controlled. Because of the above proposed Measures are extremely effective with little construction effort Limitation or

Dämpfung von Rotorschwingungen erreicht. Eine derartige Anordnung kann somit selbst für hohe Drehzahlen eingesetzt werden, wobei die sonst üblichen aufwendingen elektronischen und elektromagnetischen Dämpfungseinrichtungen entfallen.Attenuation of rotor vibrations achieved. Such an arrangement can thus be used even for high speeds, with the usual There is no need for electronic and electromagnetic damping devices.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert: Es zeigen Fig. 1 - eine prinzipielle Darstellung der Anordnung zur magnetischen Lagerung des Rotors einer Vakuumpumpe Fig. 2, 3 u. 4 - bevorzugte Ausbildungen des zweiten Magnetsystems aus Fig. 1.The invention is illustrated below with reference to the in the drawing and preferred exemplary embodiments are explained in more detail: FIG. 1 shows a basic one Representation of the arrangement for the magnetic bearing of the rotor of a vacuum pump 2, 3 and 4 - preferred embodiments of the second magnet system from FIG. 1.

In Fig. 1 ist eine Vakuumpumpe mit einem Stator 1, enthaltend ein Gehäuse 2 mit einer Ansaugöffnung 3 und einer Auslaßöffnung 5 und mit einem Rotor 4 dargestellt. Leiträder 6 bz. Laufräder 7 mit Schaufelkränzen sind mit gestrichelten Linien dargestellt. In der Ansaugöffnung 3 ist ein erstes Magnetsystem 8 angeordnet, enthaltend einen radial magnetisierten Permanentmagnetring 9, welcher von Polringen 10, 11 aus ferromagnetischem Material umgeben ist und mittels eines Ringes 12 aus nicht ferromagnetischem Material sowie Trägern 13 im Stator 1 befestigt ist. An den unteren Enden der Polringe 10, 11 sind kleine Ringe 15 aus elektrisch leitendem Material vorgesehen zur Wirbelstromdampfung von Rotorbewegungen in radialen Richtungen. Auf dem Rotor 4 ist ein ferromagnetisches Teil 17 aufgeschrumpft mit Polringen 18, 19, welche zu den Statorpolringen 10, 11 koaxial und unter Bildung eines Buftspalts in axialer Richtung gegenüber liegen. Am anderen Rotorende ist ein zweites Magnetsystem 20 vorgesehen, enthaltend zwei Ringspulen 21, 22, welche von ferromagnetischen Polringen 23 bis 26 umgeben sind und mittels Ringen 27, 28 im Stator angeordnet sind.In Fig. 1 is a vacuum pump with a stator 1 containing a Housing 2 with a suction opening 3 and an outlet opening 5 and with a rotor 4 shown. Idlers 6 and impellers 7 with blade rings are indicated by a dashed line Lines shown. A first magnet system 8 is arranged in the suction opening 3, containing a radially magnetized permanent magnet ring 9, which of pole rings 10, 11 is surrounded by ferromagnetic material and by means of a ring 12 from non-ferromagnetic material and supports 13 in the stator 1 is attached. At the lower ends of the pole rings 10, 11 are small rings 15 made of electrically conductive Material intended for eddy current damping of rotor movements in radial directions. A ferromagnetic part 17 with pole rings is shrunk onto the rotor 4 18 19, which are coaxial with the stator pole rings 10, 11 and with the formation of a buffer gap are opposite in the axial direction. At the other end of the rotor is a second magnet system 20 provided, containing two toroidal coils 21, 22, which of ferromagnetic pole rings 23 to 26 are surrounded and are arranged by means of rings 27, 28 in the stator.

Neben den Ringspulen 21, 22 sind weitere radial magnetisierte Permanentmagnetringe 30, 31 angeordnet. Zwischen den derart ausgebildeten Teilen des Magnetsystems 20 ist ein ferromagnetisches Rotorteil 32 angeordnet, welches auf den Rotor 4 aufgeschrumpft ist und zu den genannten Polringen 23 bis 26 koaxiale Polringe 33 bis 36 aufweist. Die Magnetflüsse von Permanentmagnetringen und Ringspulen überlagern sich in den Luftspalten zwischen den jeweiligen Polringen 23 bis 26 bzw.In addition to the ring coils 21, 22 there are further radially magnetized permanent magnet rings 30, 31 arranged. Between the parts of the magnet system 20 designed in this way a ferromagnetic rotor part 32 is arranged, which is shrunk onto the rotor 4 and has pole rings 33 to 36 coaxial with said pole rings 23 to 26. The magnetic fluxes from permanent magnet rings and toroidal coils are superimposed in the Air gaps between the respective pole rings 23 to 26 or

33 bis 36, so daß in Abhängigkeit der Signale von Sensoren 38 für die axiale Lage oder Bewegung des Rotors entsprechend geregelte Zugkräfte auf den Rotor ausgeübt werden. Der Antrieb des Rotors erfolgt mittels eines bürstenlosen Gleichstrommotors, welcher eine eisenlose Statorwicklung 39 sowie auf dem Rotor angeordnete Permanentmagnete 40 enthält. Die Permanentmagnete 40 sind außen von einer dünnen Hülse 41 aus hochfestem Material, wie insbesondere Titan oder Kohlefasern, umgeben. Der Stator weist an unteren Ende eine Bohrung 44 zur Aufnahme eines elektrischen Steckverbinders 45 auf, mit welchem die elektrischen Leitungen (nicht dargestellt) für die genannten Sensoren 38, Statorwicklung 39 sowie die Ringspulen 21, 22 verbunden sind. Innerhalb des hohlzylindrischen Stators 1 sind in axialer Richtung hintereinander eine Montageplatte 49, eine Haltebuchse 47, der Ring 27, eine Distanzbuchse 48 sowie der genannte Ring 28 angeordnet und mittels eines Deckels 49 im Stator verspannt.33 to 36, so that depending on the signals from sensors 38 for the axial position or movement of the rotor correspondingly regulated tensile forces on the Rotor are exercised. The rotor is driven by a brushless one DC motor, which has an ironless stator winding 39 as well as on the rotor arranged permanent magnets 40 contains. The permanent magnets 40 are outside of a thin sleeve 41 made of high-strength material, such as in particular titanium or carbon fibers, surround. The lower end of the stator has a bore 44 for receiving an electrical one Connector 45 with which the electrical lines (not shown) for the aforementioned sensors 38, stator winding 39 and toroidal coils 21, 22 are. Inside the hollow cylindrical stator 1 are one behind the other in the axial direction a mounting plate 49, a retaining sleeve 47, the ring 27, a spacer sleeve 48 and the said ring 28 is arranged and clamped in the stator by means of a cover 49.

Mit dieser Anordnung wird in bevorzugter Weise eine einfache und genaue Herstellung der genannten Bauteile und deren Montage im Stator erreicht.This arrangement is preferably simple and accurate Manufacture of the components mentioned and their assembly in the stator achieved.

Gemäß Fig. 1 sind weiterhin an den Enden der Rotorwelle 4 mechanische Hilfslagerungen 51, 52 vorgesehen, welche bei normaler Funktion der oben beschriebenen Anordnung mit dem Rotor nicht in Eingriff stehen. Die Lagerungen 51, 52 sind derart angeordnet, daß sie sich innerhalb der Rotorwelle 4 befinden bzw. von mit der Rotorwelle 4 verbundenen Buchsen 53, 54 umgeben sind. Eine derartige Anordnung der Hilfslagerungen ist von entscheidender Bedeutung, weim sie nicht nur in bekannter Gleise als mechanische Begrenzungen oder Notlager wirken sollen, sondern vielmehr zur Stabilisierung des Rotors insbesondere beim Durchfahren von kritischen Drehzahlbereichen oder bei zusätzlichen Störbewegungen oder bei Druckabfall in der Pumpe in Funltion treten. Bekanntlich treten insbesondere bei langgetreckten rotierenden Körpern Nutations- oder Präzessionsschwingungen auf, welche beim Hochlaufen des Rotors auf hohe Drehzahlen bis zu 100.000 Umdrehungen pro Minute zu Resonanzen führen und damit besondere SIaßnahmen zur Dämpfung und Begrenzung erfordern. Gelangt nun der Rotor mit einem Hilfslager in Berührung, so ergibt sich eine in Umfangsrichtung wirkende Krafthomponent e, welche auf den drehenden Rotor ein nach außen gerichtete Drehmoment bewirkt. Dieses DreLnoment hat also die Tendenz den Rotor in seine Normallage zurückzudrehen und wirkt den genannten Schwingungen im Sinne einer Dämpfllng entgegen. Die Hilfslagerungen 51, 52 enthalten Schulterrillenkugellager 55, 56, deren Innenrine auf Zapfen der Deckel 14 bzw. 49 angeordnet sind. Die Lageraußenringe weisen zu den Innenflächen der Buchsen 53 bzw. 54 einen ringförmigen Luftspalt auf, so daß der Rotor mit der Lagerung im allgemeinen nicht im Eingriff steht. Die Buchsen 53, 54 enthalten weiterhin nach innen gerichtete rinförmige Ansätze 59, 60 derart, daß zu den in axialer Richtung gegenüberliegenden StirnfLächender Außenringe ebenfalls ein Luftspalt vorhanden ist. Die genannten Luftspalte können auch unmittelbar zwischen den Innenflächen von Sackbohrungen an den Rotorenden und den Außenringen der Lager angeordnet sein. In den Deckeln 14 bzw. 49 sind vorzugsweise als Ringe ausgebildete Permanentmagnete 58 derart angeordnet, daß die äußeren Lageraußenringe, welche bekanntlich ein Speil zu den Kugeln bzw. Innenringen aufweisen, zentriert sind und die Buchsen 53, 54 nicht berührten, In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausbildung des zweiten Magnetsystems dargestellt, bei welchem die statorseitigen Ringspulen 61, 62 in ferromagnetischen Ringen 63, 64 mit u-förmigem Profil angeordnet sind. Zwischen den genannten Ringspulen und Ringen 63, 64 ist ein Rotorteil 65 vorgesehen mit einem radial magnetisierten Permanentmagneten 66, welcher von ferromagnetischen Polringen 67, 68 umgeben ist. Die Polringe 67, 68 sind koaxial zu den jeweiligen Schenkeln der u-Profilringe 63, 64 angeordnet. Bei dieser Anordnung verläuft der Magnetfluß der Ringspulen durch die Profilringe 63, 64, die Polringe 67, 68 sowie die Luftspalte und nicht - wie bei Fig. 1 - durch Permanentmagnete. Der magnetische Kreis weist somit einen erheblich niedrigeren magnetischen Widerstand auf. Die Ringspulen 61, 62 werden dabei von Strömen durchflossen, daß der magnetische Fluß des Permanentmagneten 66 in den oberen bzw. unteren Luftspalten verstärkt bzw. geschwächt wird oder auch umgekehrt, um entsprechend der Signale der axialen Sensoren 38 auf den Rotor Kräfte in Achsrichtung zu erzeugen.According to FIG. 1, there are also mechanical at the ends of the rotor shaft 4 Auxiliary bearings 51, 52 are provided, which in normal operation of the above-described Arrangement are not in engagement with the rotor. The bearings 51, 52 are of this type arranged that they are located within the rotor shaft 4 or from with the rotor shaft 4 connected sockets 53, 54 are surrounded. Such an arrangement of the auxiliary bearings is crucial because they are not just in more familiar tracks than mechanical Limitations or emergency camps are intended to act, but rather to stabilize the Rotors especially when passing through critical speed ranges or additional Disturbing movements or if the pressure in the pump drops, start to function. As is well known Nutation or precession vibrations occur in particular in elongated rotating bodies on, which when the rotor is running up to high speeds of up to 100,000 revolutions lead to resonances per minute and thus special measures for damping and Require limitation. If the rotor comes into contact with an auxiliary bearing, so there is a force component e acting in the circumferential direction, which acts on the rotating Rotor causes an outwardly directed torque. So this moment has the The tendency to turn the rotor back into its normal position and has the effect of the vibrations mentioned in the sense of a damping. The auxiliary bearings 51, 52 contain deep groove ball bearings 55, 56, the inner line of which are arranged on pegs of the cover 14 and 49, respectively. The bearing outer rings have an annular air gap to the inner surfaces of the bushings 53 and 54, so that the rotor is generally not in engagement with the bearing. The sockets 53, 54 also contain inwardly directed ring-shaped projections 59, 60 such that that to the opposite end faces of the outer rings in the axial direction as well there is an air gap. The air gaps mentioned can also be directly between the inner surfaces of blind bores on the rotor ends and the outer rings of the camp be arranged. In the lids 14 and 49 are preferably designed as rings Permanent magnets 58 arranged such that the outer bearing outer rings, which are known have a play on the balls or inner rings, are centered and the bushings 53, 54 not touched, in Fig. 2 is a preferred embodiment of the second magnet system shown, in which the stator-side toroidal coils 61, 62 in ferromagnetic Rings 63, 64 are arranged with a U-shaped profile. Between the said toroidal coils and rings 63, 64, a rotor part 65 is provided with a radially magnetized Permanent magnet 66, which is surrounded by ferromagnetic pole rings 67, 68. The pole rings 67, 68 are coaxial with the respective legs of the u-profile rings 63, 64 arranged. In this arrangement, the magnetic flux runs through the toroidal coils the profile rings 63, 64, the pole rings 67, 68 and the air gaps and not - how in Fig. 1 - by permanent magnets. The magnetic circuit thus has a significant lower magnetic reluctance. The ring coils 61, 62 are thereby of Currents flowed through that the magnetic flux of the permanent magnet 66 in the upper or lower air gaps is strengthened or weakened or vice versa forces in the axial direction on the rotor in accordance with the signals from the axial sensors 38 to create.

Die Ansteuerung der Ringspulen 21, 22; 61, 62, erfolgt mittels eines elektronischen Reglers 70, dessen Blockschaltbild in Fig. 2 dargestellt ist. Dieser Regler steuert je nach Vorzeichen der mittels der Stellungsgeber 38 erzeugten Signale über eine Ausgangsstufe 76 eine der genannten Ringspulen an. Der Stellungsgeber 38 für die axiale Position des Rotors ist mit einem Kontrollnetzwerk 71 verbunden, dessen Übertragungsfunktion in bekannter Weise an die Regelstrecke unter Berücksichtigung der Rotormasse sowie der Steifigkeiten der Magnetsysteme angepaßt ist. Der ausgang des Netzwerks 71 ist über eine Summationsstelle 72 und die Ausgangsstufe 76 mit den Ringspulen 61, 62 verbunden. Entscheidend ist nun, daß eine Rückführschleife 74 vorgesehen ist, über welche ein dem Strom der Ringspulen entsprechendes Signal auf die Summationsetelle zurückgeführt wird. Die Rückführschleife enthält bevorzugt ein Regelglied 75 mit integralem Übertragungsverhalten. Mittels der Riickführschleife wird dem Ausgangssignal des Kontrollnetzwerkes 71 ein Signal hinzugefügt, welches die Verschiebung des elektrischen Nullpunkts für die Rotorposition bewirkt, so daß entsprechend große Zugkräfte auf den Rotor solange wirken, bis er nur noch von den Permanentmagneten getragen wird. Voraussetzung ist hierfür, daß der Rotor mittels der Permanentmagnete der beiden Hagnetsysteme 8, 20 in einer Gleichgewichtsposition gehalten werden kann, so daß mittels des Reglers bzw. der Ringspulen nur noch sie ZugXrafte aufgebracht werden, um den Rotor in diese Position zu bringen und gegebenenfalls zurückzuführen.The control of the ring coils 21, 22; 61, 62 is carried out by means of a electronic controller 70, the block diagram of which is shown in FIG. This The controller controls depending on the sign of the signals generated by the position transmitter 38 via an output stage 76 to one of the ring coils mentioned. The positioner 38 for the axial position of the rotor is connected to a control network 71, its transfer function to the controlled system in a known manner, taking into account the rotor mass and the stiffness adapted to the magnet systems is. The output of the network 71 is via a summation point 72 and the output stage 76 connected to the ring coils 61, 62. It is now crucial that a feedback loop 74 is provided, via which a signal corresponding to the current of the toroidal coils is traced back to the summation point. The feedback loop preferably contains a control element 75 with integral transmission behavior. Using the return loop a signal is added to the output signal of the control network 71, which causes the shift of the electrical zero point for the rotor position, so that correspondingly large tensile forces act on the rotor until it is only from the Permanent magnet is worn. The prerequisite for this is that the rotor means the permanent magnets of the two magnet systems 8, 20 in an equilibrium position can be held so that by means of the controller or the ring coils only they Tensile forces are applied to bring the rotor into this position and, if necessary traced back.

In Fig. 3 ist eine vorteilhafte Ausbildung des zweiten Magnetsystems dargestellt, welches zwischen ferromagnetischen Ringen 81, 82 des Rotors 4 angeordnet ist. Das Magnetsystem enthält einen radial t:iagnetisierten Permanentmagnetring 83, welcher wie in den anderen Ausführungsbeispielen aus einem einzigen Ring oder aus mehreren Sektoren gefertigt ist und von Polringen 84, 85 umgeben ist. Die Polringe 84, 85 sind koaxial zu den Schenkeln der genannten Ringe 81, 82 angeordnet. Die Ringspulen 86, 87 sind auf beiden Seiten des Magnetringes 83 angeordnet. Die Ringe 81, 82 des Rotors weisen ein u-förmiges Profil auf und umgreifen die Ringspulen 86, 87 ohne diese jedoch zu berühren. Bei dieser Anordnung befindet sich der Permanentmagnetring auf dem Stator, so daß der Rotor auch ohne Schwierigkeiten mit hohen Drehzahlen laufen kann.In Fig. 3 is an advantageous embodiment of the second magnet system shown, which is arranged between ferromagnetic rings 81, 82 of the rotor 4 is. The magnet system contains a radially magnetized permanent magnet ring 83, which, as in the other exemplary embodiments, consists of a single ring or is made of several sectors and is surrounded by pole rings 84, 85. The pole rings 84, 85 are arranged coaxially to the legs of said rings 81, 82. the Ring coils 86, 87 are arranged on both sides of the magnetic ring 83. The Rings 81, 82 of the rotor have a U-shaped profile and encompass the toroidal coils 86, 87 but without touching them. The permanent magnet ring is in this arrangement on the stator so that the rotor can also rotate at high speeds without difficulty can run.

Die Ausbildung des Magnetsystems gemäß Fig. 4 zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau und durch einen sehr günstigen Feldverlauf der Ringspulen 91, 92 des Stators aus.The design of the magnet system according to FIG. 4 is characterized by a particularly simple structure and a very favorable field profile of the Annular coils 91, 92 of the stator.

Die Ringspulen 91, 92 sind an beiden Seiten eines Permanentmagnetringes 93 angeordnet und werden mit diesem von zylindrischen Polringen 94, 95 umgeben. Das genannte Magnetsystem ist zwischen ferromagnetischen Ringen 96, 97 mit u-förmigem Profil angeordnet, welche mit dem Rotor verbunden sind.The ring coils 91, 92 are on both sides of a permanent magnet ring 93 and are surrounded with this by cylindrical pole rings 94, 95. Said magnet system is between ferromagnetic rings 96, 97 with a U-shaped Profile arranged, which are connected to the rotor.

Das Magnetsystem kann mit Permanentmagnetring 93, Spulen 91, 92 und Polringen 94, 95 ohne besondere Schwierigkeiten vorgefertigt werden, wobei eine sehr exakte Bearbeitung der axialen Stirnflächen der Polringe erfolgen kann. Besonders günstig erweist sich hierbei die Ausgestaltung des magnetischen Kreises der Ringspulen, denn deren magnetischer Fluß verläuft im wesentlichen nur durch die ferromagnetischen Polringe 94, 95, die Ringe 96, 97 sowie die in axialer Richtung zwischen den genannten Ringen vorhandenen Luftspalte. Die Verwendung der Magnetsysteme aus den Figuren 2, 3, 4 ist nicht auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beschränkt.The magnet system can with permanent magnet ring 93, coils 91, 92 and Pole rings 94, 95 are prefabricated without any particular difficulty, with a very precise machining of the axial end faces of the pole rings can be carried out. Particularly The design of the magnetic circuit of the toroidal coils proves to be favorable here, because their magnetic flux runs essentially only through the ferromagnetic Pole rings 94, 95, the rings 96, 97 and in the axial direction between them Rings existing air gaps. The use of the magnet systems from the figures 2, 3, 4 is not restricted to the exemplary embodiment according to FIG. 1.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Arrangement for magnetic storage Claims: 1. Arrangement for the magnetic mounting of a particularly fast rotating rotor, containing two magnet systems arranged on the stator with ferromagnetic rotor parts interact and for active stabilization in the axial direction controllable tensile forces exercise on the rotor, due to the coaxial design of the magnet systems and rotor parts a passive stabilization takes place in the radial direction, thereby characterized in that the first magnet system (8) has a permanent magnet ring (9), and that the second magnet system (20) or the rotor contains two parts between which a ferromagnetic part (32) of the rotor or the stator with pole rings (33-36) is arranged and that in at least one of the aforementioned Claims Parts of the magnet system (20) or the stator a ring coil (21 and / or 22) are arranged is.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the magnet systems (10, 20) and / or at least one rotor part (65) radially magnetized permanent magnet rings (9, 30, 31 or 66), which are attached to the outer and inner surfaces of ferromagnetic Pole rings (10, 11; 23, 24; 25, 26 or 67, 68) are surrounded.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the second magnet system (20) has a ring coil (21, 22) in both parts, and that preferably on the side of the ring coils (21, 21) facing away from the rotor part (32) 22) each has a radially magnetized permanent magnet (30, 31) is arranged, wherein the toroidal coils as a function of signals corresponding to the axial position of the Rotors are controllable.

4. Arrangement in particular according to claim 1, characterized in that that the magnet system (20) has two ferromagnetic rings arranged on the stator (63, 64) has a U-shaped profile which surrounds the toroidal coils (61, 62), that a rotor part (65) is provided between the open sides of the rings (63, 64) is, containing a radially magnetized permanent magnet ring (66), which in radial direction inside or outside of ferromagnetic pole rings (67 or 68) is surrounded, and that the respective legs of the rings (63, 64) and the pole rings (67, 68) are arranged coaxially to one another.

atentanuprüche 5. arrangement, in particular according to claim 1, characterized characterized in that the magnet system between two ferromagnetic rings (81, 82; 96, 97) of the rotor (4) is arranged with a U-shaped profile that the magnet system a radially magnetized permanent magnet ring (83; 93) and two toroidal coils (86, 87; 91, 92), which by ferromagnetic pole rings (84, 85; 94, 95) are surrounded, and that the respective legs of the rings (81, 82; 96, 97) and the Pole rings (84, 85; 94, 95) are arranged coaxially to one another.

6. Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the rotor by means of the permanent magnet rings (9, 30, 31; 66) in an axial The desired position can be stabilized and by means of the ring coils (21, 22; 61, 62) without substantial Power requirement on the rotor such forces can be exerted that the rotor the Target position reached or maintained.

7. Arrangement according to claim 6, characterized in that the the Electronic controllers assigned to toroidal coils (9, 30, 31; 66) are designed in such a way that and has a feedback loop that preferably those fed to the toroidal coils Signals are regulated against the zero value.

8. Arrangement according to claim 6 or 7, characterized in that the electronic regulator has a control network that the output of the control network is connected via a summation point to a power amplifier, the output of which both with Paeent claims the singing coils, as well as a feedback loop, containing an integrating member is led to said summation point.

9. Arrangement, in particular according to claim 1 or one of the claims 2 to 8, characterized in that at least one mechanical bearing (51, 52) is provided in such a way that it is of parts of the rotor (53, 54) or the rotor shaft is surrounded.

10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that in the area of the two rotor ends each have a mechanical bearing (51, 52) the stator (1) is arranged and preferably designed as a shoulder deep groove ball bearing is that between the outer rings of the bearings and the inner surfaces of the blind bores provided rotor or bushes (53, 54) of the rotor, an annular air gap is present and that preferably between annular lugs (59, 60) of the sockets (53, 54) there is an air gap in the axial direction.

11. The arrangement according to claim 10, characterized in that the bearings (51, 52) are arranged on covers (14, 49) of the stator and that the cover is preferably have ring-shaped permanent magnets for centering or bracing the bearing outer rings.

12. Arrangement according to one of claims 9 to 11, characterized in that that the bearings (51, 52) are fixed on the stator with elastic means, which preferably have a progressive spring characteristic and have a damping effect.

Patent claims 13. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a known brushless drive is used as the drive for the rotor (4) DC motor is provided, with permanent magnets (40) arranged on the rotor are and an ironless winding on a socket (47) inside the hollow cylindrical Stator is arranged.

14. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that within the hollow cylindrical stator (1) side by side a mounting plate (46) to accommodate the sensors (38), the socket (47) for the stator winding Ring (27), a spacer sleeve (48) and a ring (28) are arranged, with the said rings (27, 28) the toroidal coils or permanent magnets of the second magnet system (20) are arranged.

15. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that that when used for a vacuum pump, the first magnet system (8) within the Suction opening (3) and the second magnet system (20) as well as the electric drive motor (39, 40) is arranged on the outlet side of the pump.