DE2923800C2

DE2923800C2 - Vorrichtung zur magnetischen Lagerung eines Rotors mit an den axialen Enden des Rotors vorgesehenen magnetischen Lagern

Info

Publication number: DE2923800C2
Application number: DE2923800A
Authority: DE
Inventors: Pierre Le Pecq Yvelines Poubeau
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1979-06-12
Publication date: 1986-02-20
Also published as: JPS556087A; JPS5945849B2; GB2022876B; DE2923800A1; FR2446472B1; US4300807A; JPS5945848B2; CA1120981A; JPS59131028A; IT7949374A0; IT1118162B; FR2446472A1; GB2022876A; CH643330A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur magnetischen Lagerung eines Rotors mit an den axialen Enden des Rotors vorgesehenen magnetischen Lagern, welche aus stationäre Felder aufweisenden Magneianordnunb5 gen bestehen und zumindest eine statorseitige, Magnelringe und Fühler aufweisende Zentriervorrichtung zur Ausrichtung der Drehachse des Rotors umfassen.

Bei der Drehung von festen Körpern treten im allgc-

meinen zwei Probleme auf. Das eine Problem besteht darin, daß die Achse, um welche sich der Rotor dreht, mit einer Trägheitsachse des Körpers zum Zusammenfallen gebracht werden muß, damit der Körper ausgewuchtet ist Das zweite Problem besteht in der Ausrichtung der Drehachse in einer bestimmten Richtung.

Diese beiden Probleme treten manchmal geirsinsam auf, und zwar beispielsweise wenn auf einem Satelliten einerseits zwei auf einer gemeinsamen Achse gegenläu-

Drehgeschwindigkeit Null, und die Auswuchtung besteht darin, daß die »Rotorach.se« mit der Trägheiisachse zum Zusammenfallen gebracht wird.

Die Stellung der auf dem Stator befestigten magnetischen Zentrierungsringe bestimmt die erforderliche Ausrichtung der »Rotorachse« im Rjum, und jede Änderung der Stellung dieser Ringe bewirkt gleichzeitig eine Änderung der Ausrichtung der »Rotorachse«.

Ziel der Erfindung ist es. eine magnetische Rotorlage-

fig angeordnete Schwungräder ausgewuchtet werden io rung zu schaffen, mit deren Hilfe einerseits die Stellung

sollen und andererseits das Fluchten der kinetischen Momente der Schwungräder einwandfrei gesteuert werden solL

Bei rotierenden Körpern, die durch materiellen Kontakt, beispielsweise Kugellager oder Drehzapfen, zentriert sind, wird die Auswuchtung durch materielle Verschiebung des rotorseitig gelagerten Lagerelements bezüglich des Rotors oder durch Hinzufügung oder Entfernung von Auswuchtungsmassen erreicht, was in Ab-

der Drehachse eines in einem Stator gelagerten Rotors verändert werden kann und andererseits die Korrektur einer Unwucht des Rotors möglich ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Zentriervorrichtung zur Ausrichtung der Drehachse statorseitig mehrere zueinander exzentrische Magnetringe und diesen gegenüberliegend rotorseitig konzentrische Magnetringe aufweist, daß eine zusätzliche Zentriervorrichtung zum Auswuchten des Rotors vor-

hängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des rotieren- 20 gesehen ist, welche rotorseitig mehrere zueinander exden Körpers durchgeführt werden muß, wenn die Ge- zentrische Magnetringe und diesen gegenüberliegend schwindigkeitsänderung Stellungs- oder Ausrichtung- statorseitig konzentrische Magnetringe aufweist, daß änderungen der betreffenden Trägheitsachse mit sich die die Zentriervorrichtungen umfassenden magnebringt. tischen Lager zwischen rotor- und statorseitigen Ma-

Ebenso wird die Ausrichtung der Drehachse dieser 25 gnetanordnungen einen bezüglich der Rotorlängsachse rotierenden Körper verändert, wenn die Lager bezug- senkrechten Luftspalt aufweisen, in dem ein axiales Magnetfeld erzeug: ist, und daß die Induktion der rotorseitigen exzentrischen Magnetringe in Abhängigkeit von Signalen, welche durch auf die Unwucht des Rotors an-30 sprechende Fühler ermittelt werden, veränderbar ist.

Auf diese Weise kann der Rotor durch Veränderung der Induktion der rotorseitigen exzentrischen Magnetringe ausgewuchtet werden, und die Stellung der Rotordrehachse im Raum kann durch Veränderung der In-

lich ihrer Lagerstellen, die durch Definition feststehend sind, mechanisch versetzt werden.

In der Praxis sind diese Arbeitsgänge insbesondere während der Drehung schwierig auszuführen.

Bei magnetischen Lagern, bei denen kein materieller Kontakt stattfindet, kann die statische und dynamische Auswuchtung entweder durch Einstellung von Auswuchtungsmassen oder durch Korrekturen mit Hilfe

von Magnetfeldern erreicht werden, die von Fühlern 35 duktion der statorseitig
aus wirken. Diese Magnetfelder können auch die Ein- kontrolliert werden,
stellung der Ausrichtung der Drehachse bewirken.

Aus der US-PS 38 45 997 ist eine aktiv radiale und passiv axiale magnetische Rotorlagerung bekannt, mit deren Hilfe die Stellung der Rotordrehachse kontrolliert werden kann.

Eine Lageranordnung gemäß der US-PS 38 45 997 besteht aus zwei Lagern, wobei jedes dieser Lager zwei Magnetringe umfaßt, welche zur Aufnahme eines zuexzentrischen Magnetringe

Die Änderung der Induktion kann auf verschiedene Weisen erreicht werden, und zwar unter anderem durch die Änderung des Luftspalts, den Einfluß eines magnetischen Shunts oder die Regulierung eines Spulenstroms.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen

mindest teilweise ferromagnetischen Rotors dienen. Ei- 45 wird. Es zeigt
ner der beiden statorseitigen Magnetringe ist als Elek- Fig. 1 einen schematischen Schnitt, der die mechani-

tromagnet ausgebildet, bei dem die Induktion einzelner sehen Bedingungen der Auswuchtung und Ausrichtung

von rotierenden Körpern veranschaulicht, Fi g. 2A und 2B schematische Schnitte, die die mögli-

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Sektoren in Abhängigkeit von Signalen verändert werden kann. Durch eine entsprechende Ansteuerung der Ströme durch die einzelnen Sektoren dieses Magnetrings kann die Stellung der Rotordrehachs2 korrigiert werden.

Aus den französischen Patentanmeldungen Nr. 74/00 190 (22 57 077), 74/40 556 (22 94 430) sind magne-

chen Korrekturen des statischen und dynamischen Gleichgewichts von rotierenden Körpern zeigen,

Fig.3 eine schematische Darstellung von zwei gegenläufigen Trägheitsrädern,

Fig.4 eine schematische Darstellung der Einrichtuntische Lager bekannt, die magnetische Zentrierungsrin- 55 gen zur Rotationskorrektur, die erfindungsgemäß verge besitzen, welche ein in einem Luftspalt befindliches wendet werden können, wenn der rotierende Körper axiales Magnetfeld hervorrufen. Diese Zentrierungsringe gewährleisten die passive radiale Steifheit, wobei die
aktive axiale Zentrierung durch Magnetfelder von das Trägheitsmoment um die mit der Trägheitsachse durch einen Detektor gesteuerten Spulen gewährleistet 60 zusammenfallende Drehachse und A = B das Trägwird. Dabei sind alle magnetischen Ringpaare konzen- heitsmoment um Trägheits-Querachsen ist,
trisch und ihre Anzahl wird durch den Wert der jeweils
erforderlichen radialen Steifheit bestimmt.
Bei diesen Systemen bestimmt die Stellung der auf

dem Rotor befestigten magnetischen Zentrierringpaare 65 """ —■"' """' *" ^e A

eint- »Rotorachse«, um welche sich der Rotor dreht. kennzeichnet ist, in der Cdas Trägheitsmoment um die Wenn die Trägheitswirkungen vernachlässigt werden, mit der Trägheitsachse zusammenfallende Drehachse haben die Punkte dieser Achse, und zwar nur diese eine und A = B das Trägheitsmoment um Traorh^itcnnor-

durch die Beziehung-j- < 1 gekennzeichnet ist. in der C

F i g. 5 eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Rotationskorrektur, die benutzt werden kann, wenn

der rotierende Körper durch die Beziehung — > 1 ge-

achsen ist,

F i g. 6A, 6B, 6C und 6D schematische Schnitte und Draufsichten von Zentriervorrichtungen mit konzentrischen und exzentrischen Magnetringen, wobei die F i g. 6A, 6B die Statorringe und die F i g. 6C und 6D die Rotorringe betreffen,

Fig. 7A und 7B axiale Schnitte durch ein Magnetringpaar mit Luftspaltänderung zur Schließung des Magnetflusses gemäß zwei möglichen Abwandlungen,

Fig. 8A und 8B axiale Schnitte durch ein Magnet- ι ο ringpaar mit beweglichen Shunt zur Schließung des Magnetflusses gemäß zwei möglichen Abwandlungen,

F i g. 9A und 9B axiale Schnitte durch ein Magneträngpaar mit elektromagnetischer Änderung des Flusses zur Schließung des Magnetflusses gemäß zwei tnöglichen Abwandlungen,

Fig. 10 einen radialen Schnitt durch einen Schnekkcnii ieb zur Betätigung der Magnetringe oder Magnetshunts und

F i g. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI durch den Schneckentrieb von Fig. 10.

Nach den Gesetzen der Mechanik besitzen alle rotierenden Körper eine Trägheitsachse ξ-ξ¹ und eine »Rotorachse« z-z', die in einer Richtung Z-Z' verläuft (vgl. Fig. 1).

Die Auswuchtung des Körpers besteht darin, daß die Achsen ζ-ξ und z-z'in Übereinstimmung gebracht werden und die Einbaustelle der Lager auf der Seite des Stators verschoben wird, wenn die gewünschte Ausrichtung Zi, Z'\ erreicht werden soll.

Das Zusammenfallen der Achsen kann auf zwei verschiedene Arten erreicht werden: die eine (F i g. 2A) besteht darin, daß die Lagerstellen der Lager an dem Rotor selbst aus den in unterbrochenen Linien gezeichneten Stellungen in die in durchgehenden Linien gezeichneten Stellungen gebracht werden. Die andere (Fig. 2B) besteht darin, daß Auswuchtungsmassen hinzugefügt oder entfernt werden, und zwar eine Auswuchtungsmasse M\, wenn die Trägheits- und Rotorachsen parallel sind, oder M₂, M₃, wenn diese Achsen nicht parallel sind.

F i g. 3 zeigt als Beispiel die Bedeutung, die die Änderung der Ausrichtung einer Rotorachse Z-Z' auf die gemeinsame Achse Z\-Z\—Z₂-Z'₂ von zwei Trägheitsrädern A₁, R₂ haben kann, die beispielsweise auf einem Satelliten gegenläufig montiert sind.

Wenn die Systeme mit materiellen Verbindungen durch Kugellager oder Zapfen (Fig. 1, 2A und 2B) auf die oben beschriebene bekannte Weise korrigiert werden können, so ist dies bei crfindungsgeniäß magnetisch aufgehängten rotierenden Körpern anders, da diese nur durch Einwirkung auf die Magnetfelder korrigiert werden können.

Die F i g. 4 und 5 zeigen die allgemeinen Prinzipien der erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit magnetischer Lagerung.

In F i g. 4 ist der rotierende Körper 1 durch die Bezie-

gekennzeichnet und ist an seinen Enden

mit Rotorzentriervorrichtungen 2—3 und Statorzentriervorrichtungen 4—5 versehen, die die radiale Steifheit gewährleisten, während ein axialer Aktuator 6, der für die Erfindung keine Bedeutung hat, der Vollständigkeit halber schematisch dargestellt ist.

Zentriervorrichtungen 4—5 versehen, die die radiale Steifheit gewährleisten, wobei ebenfalls der Vollständigkeit halber der axiale Aktuator 6 schematisch dargestellt ist.

Bisher waren die in den Luftspalten 8 und 9 vorhandenen Kraftlinienringe alle zu der Rotorachse z-z'konzentrisch die nicht notwendigerweise mit der Trägheitsachse ζ-ξ¹ zusammenfiel, was sich im Auftreten von Unwucht und Schwingungen äußerte, die durch Auswuchtung korrigiert werden mußten.

Die Zentriervorrichtungen besitzen einerseits bezüglich Z-Z' zentrierte Magnetringe und andererseits bezüglich Z-Z' exzentrische Ringe, bei denen durch Regulierung der magnetischen Induktion auf die Kraftlinienringe des Luftspalts so eingewirkt werden kann, daß die Rotorachse mit der Trägheitsachse in Übereinstimmung gebracht werden kann und/oder daß die Drehachse in eine bestimmte Richtung gebracht werden kann.

Die F i g. 6A, 6B, 6C und 6D zeigen schematisch den Bereich der Magnetringe und die mögliche Ausrichtung der Kraftlinien in dem Luftspalt E

In den F i g. 6A und 6B ist die Zentriervorrichtung mit dem Stator verbunden und die konzentrischen Magnetringe mit dem Mittelpunkt O sind gemäß Cio. C₂o, C30, C40 angeordnet.

In den F i g. 6D und 6C ist die Zentriervorrichtung mit dem Rotor verbunden und die konzentrischen Magnetringe mit dem Mittelpunkt O'sind gemäß Ci₀, C₂O, C30, Cio angeordnet.

In den F i g. 6A und 6B sind die anderen Ringe exzentrisch, und zwar gemäß O_t (Ci), O₂(C₂), O₃ (C₃) und O₄

hung — < 1

In den F i g. 6D und 6C sind die anderen Ringe exzentrisch, und zwar gemäß O\ (C_x), O'₂ (C₂), O'₃ (C₃) und O\ (C₄). Die Exzentrizitäten der Ringe, die gering bleiben müsssen, bestimmen einen Korrekturbereich, der in F i g. 6A mit einem Quadrat d_{ und in F i g. 6D mit einem Quadrat d₂ dargestellt ist, der jedoch auch völlig anders aussehen kann, beispielsweise rechteckig.

In der Höhe des Luftspalts £ bestimmen die Rückholkräfte, die durch die Induktion in den Ringen bestimmt werden, die Zentrierung auf eine im nachfolgenden beschriebene Weise. Wenn man die rotorseitigen Ring Ci, C₂ und die statorseitigen Ringe C)₀, C20 voneinander trennt, die denselben Durchmesser haben, jedoch exzentrisch nach O\ (Ci) und O₂ (C₂) versetzt sind, wobei die Mitte von O\ und O'i O' ist, stellt man folgendes fest: wenn die rotorseitigen Ringe C_x, C₂ durch die axiale Steuerung gegenüber den statorseitigen Ringen Cio, C₂₀ gehalten werden, werden sie in Abhängigkeit von den schema tisch mit den Pfeilen Fi, F₂ dargestellten Rückholkräften in dem Luftspalt zentriert, die zwischen den beiden Ringpaaren Ci, C₂-Ci₀, C₂₀ ausgeübt werden. Wenn man den Statorring C20 entfernt, was einer radialen Steifheit Null bei dem Paar C₂-C₂₀ entspricht, gelangt O\ vor O', den Mittelpunkt der statorseitigen Ringe; infolgedessen läuft die Rotorachse durch ΟΊ. Wenn dagegen C_x entfernt wird, so wird O'₂ vor O' zentriert und die Rotorachse läuft diesmal durch O₂.

Aus der Steuerung der radialen Steifheit der Paare C_x —Cio, C₂-C₂O von dem Stator aus ergibt sich die Ausrichtung der Rotorachse und ihre Positionierung bezüglich des Schwerpunkts und der Punkt, durch den die Rotorachse in Höhe des von Ci — Cio und C₂-C₂₀ gebil-

In F i g. 5 ist der rotierende Körper 7 durch die Bezie- 65 deten Lagers verläuft, kann das Segment| O'\-O'₂ be- C streichen.

hung — > l gekennzeichnet Es ist an seinen Enden mit denselben Rotorzentriervorrichtungen 2—3 und Stator-Ein zweiter Satz von Statorringen CsO-C₄₀, die zu C10-C20 konzentrisch sind, und zwei Rotorrinee Ci. d

ζ»

mit dem Mittelpunkt Ο3-Ο4, die beispielsweise in einer senkrechten Richtung aus der Mitte versetzt sind, wirken auf dieselbe Weise wie im vorhergehenden Fall so, daß die Ringe zussammen die Versetzung des Punktes der Rotorachse etwa im Inneren eines Quadrates di mit dem Mittelpunkt O' gestattet, dessen Seite gleich O\, O'₂ (oder O 3,0 Ά) ist.

Die vollständige Lagerung eines rotierenden Körpers erfordert somit zwei Lager mit Zentriervorrichtungen und die Auswuchtung besteht darin, daß die Rotationsmittelpunkte der beiden Lager auf die oben beschriebene Weise so eingestellt werden, daß jeder der beiden Punkte auf die Trägheitsachse gebracht wird, um welche die Drehung stattfinden muß, was dann dem Zusammenfallen der Achsen ζ—ζ" und ζ—z'entspricht.

Dieses Zusammenfallen erfordert konzentrische Magnetringe oder Kraftlinienringe an dem Stator und exzentrische Magnetringe oder Kraftlinienringe an dem Rotor und die Einstellung der Induktionen an den Statorringen gestattet die Festlegung der optimalen Steifheil, die die gewünschte Korrektur/- *zgestattet.

Die Änderung der Ausrichtung der Drehachse wird auf dieselbe Weise wie oben erreicht, in diesem Fall jedoch befinden sich an dem Rotor die konzentrischen Ringe und an dem Stator die exzentrischen Ringe. Auf diese Weise gestatten die konzentrischen Ringe des Rotors die Versetzung der Rotorachse oder Drehachse in einer durch die Magnetfelder der exzentrischen Ringe des Stators bestimmten Richtung, und zwar in einem Korrekturbereich, der durch das Quadrat di bestimmt wird, dessen Seite mit den Mittelpunkten O\, Oi (oder O₃, Oa) dargestellt ist (vgl. F i g. 6A bis 6D).

Die in den F i g. 6A, 6D gezeigten Rotor- und Statorzentriervorrichtungen mit gleichzeitig konzentrischen und exzentrischen Ringen können gleichzeitig die Korrektur der Rotorachse und ihre Ausrichtung gewährleisten.

Die Einstellung der Magnetfelder in den Luftspalten erfordert die Änderung der magnetischen Induktionen an den diese Felder erzeugenden Ringen. Diese Magnetfelder können auf verschiedene Weisen erzeugt werden, wie sie beispielsweise in den F i g. 7 A, 7B, 8A, 8B und 9A, 9B schematisch dargestellt sind. In diesen Figuren sind die links von der Achse XX₁ dargestellten Elemente mit dem Stator und die rechts von dieser Achse dargestellten Elemente mit dem Rotor verbunden.

In F i g. 7A werden die Kraftlinien C durch Magnete 10,11 mit radialen Feldern erzeugt die sich über ferromagnetische Ringe 12—13 und 12'—13' schließen. Der Luftspalt wird im vorliegenden Fall durch einen im folgenden beschriebenen Mechanismus 14 auf E₁, E₂, £3 ... eingestellt

Gemäß einer Abwandlung (F i g. 7B) ist der mit dem Rotor verbundene Magnet 11 durch ein Joch 15 zur Schließung des Flusses ersetzt

In Fig.8A werden die Kraftlinien Cdurch Magnete 16,17 mit radialer Magnetisierung erzeugt die sich über ferromagnetische Ringe 18, 19, 18', 19' schließen, und die Feldänderung 51, 52, 53 ... wird durch magnetische Shunts 20 erzeugt, die durch einen im nachfolgenden beschriebenen Mechanismus 14 gesteuert werden und ebenso wie die Ringe, auf die sie direkt einwirken, auf dem Statorteil vorgesehen sind.

Gemäß einer Abwandlung (Fig.8B) wird der mit dem Rotor verbundene Magnet 16 durch ein Joch 22 zur Schließung des Flusses ersetzt

In F i g. 9A werden die Kraftlinien Cdurch eine Spule 23 auf dem Stator und einen Magnet 24 auf dem Rotor ÖUU

erzeugt und der Fluß schließt sich einerseits über ein Spulenjoch 25 und andererseits über ferromagnetische Ringe 26,27 und über den Magnet 24.

Gemäß einer Abwandlung (F i g. 9B) ist der mit dem Rotor verbundene Magnet 24 durch ein Joch 29 zur Schließung des Flusses ersetzt.

Die mechanische Einrichtung 14 der F i g. 7A, 7B und 8A, 8B führt die Änderungen der magnetischen Induktionen, die in den Bereichen der Magnetringe der Fig.6A, 6B, 6C und 6D vorzunehmen sind, kann die in Fig. 10 und Il gezeigte Vorrichtung sein. Die beweglichen Teile, die axial in entsprechenden kreisförmigen Nuten gleiten, sind mit Verbindungsringen 21 verbunden, an denen ein ringförmiges Teil 30 befestigt ist, das ein Gewinde 30,4 besitzt, das in den mit Gewinde versehenen Teil eines mit dem Stator verbundenen Mechanismuskörper 31 eingreift.

Das ringförmige Teil 30 wird durch eine Schnecke 32, die mit dem gezahnten Teil 30ß in Eingriff ist, in Drehung versetzt, so daß seine Drehung durch die Wirkung des mit Gewinde versehenen Teils seine axiale Verschiebung bewirkt.

Ein Motor 33, der die Schnecke 32 antreibt, wird über ein Fühlersystem gespeist, das noch beschrieben wird.
Der Strom der Spule 23 wird ebenfalls von diesen Fühlern aus gesteuert. Diese Fühler haben im wesentlichen zwei Funktionen, und zwar erstens die Korrektur der Trägheitsachse bezüglich der Rotorachse und zweitens die Ausrichtung der mit der Drehachse zusammenfallenden Rotorachse.

Diese Fühler können auf jede beliebige Weise ausgebildet sein. Sie können mit Genauigkeit die Stellung eines leitenden Teils feststellen, dessen Entfernung die Impedanz einer in dem Kopf befindlichen Spule ändert, und zwar in einem Bereich von etwa 1 mm.

Die F i g. 4 und 5 zeigen die rotorseitigen Zentriervorrichtungen 2, 3 und die statorseitigen Zentriervorrichtungen 4—5. Ferner sind zwei Fühler 34,35 zur Achsenkorrektur und zwei Reihen von je zwei Fühlern zur Ausrichtung vorgesehen, und zwar eine Reihe 36,37 zur Ausrichtung in x-Achse und eine Reihe 38,39 zur Ausrichtung in der y-Achse, die zur x-Achse senkrecht ist Das leitende Teil, das unter dem Kopf der Fühler vorbeiläuft ist ein leitender Ring 40 und die Winkelmarkierung besteht aus einer leichten leitenden Erhebung (beispielsweise einer Klebefolie 41), die axial auf dem Ring

40 angeordnet ist

Auf diese Weise haben die Signale, die sich aus der Abtastung des Raumes F durch die Fühler 34, 35 während der Drehung ergeben, eine Sinusform, deren Amplitude von dem Abstand zwischen der Trägheitsachse und der Rotorachse abhängig ist, und die Winkelmarkierung kann auf dieser Sinuswelle durch die Markierung

41 wiedergegeben werden, die ein impulsförmiges Signal erzeugt.

Diese Signale werden an einen Integrationsverstärker 42 angelegt, der die Befehle zur Änderung des Magnetfelds auf die Zentriervorrichtungen 4, 5 überträgt, die dann je nach der gewählten Ausführungsform entweder auf die Motoren 33 oder auf die Spulen 23 so einwirken, daß die Abweichungen aufgehoben werden.

Die Zentriervorrichtungen 36 und 37 zur Ausrichtung in der *-Achse und 38 und 39 zur Ausrichtung in der y-Achse arbeiten auf entsprechende Weise und bestimmen über einen Verstärker 43 den Zwischenraum G, der in der x-Achse und in der j-Achse die Ausrichtung der Drehachse des Körpers 1 oder 7 bestimmt, so daß dieser die gewünschten Korrekturen erhält

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Wenn die Korrektur nur das Zusammenfallen der Rotorachse und der Trägheitsachse betrifft, sind die exzentrischen Ringe ausschließlich auf dem Rotor und die konzentrischen Ringe auf dem Stator vorgesehen. Wenn die Korrektur dagegen nur die Ausrichtung der Drehachse betrifft, sind die exzentrischen Ringe auf dem Stator und die konzentrischen Ringe auf dem Rotor vorgesehen. Die beiden Systeme können gemäß den F i g. 6A. bB, 6C und 6D gleichzeitig benutzt werden.

Bei einem Rotor 7 von Fig. 5 mit einer Masse von 6 kg und einer Drehgeschwindigkeit von 20 000 Umdrehungen/Minute beispielsweise kann die Korrektur gemäß F oder G mit Hilfe der beschriebenen Fühler auf einen Wert von weniger als 0,1 Mikron gebracht werden. !5

Die für den Betrieb der Korrektureinrichtungen erforderliche Energie kann aus der Drehung des rotierenden Körpers selbst durch einen auf der Drehachse befestigten Generator erzeugt werden, so daß das System »selbstkorrigierend« wird.

Die Erfindung ist auch auf magnetisch gelagerte Körper anwendbar, deren Drehgeschwindigkeit Null ist, wenn nur die Ausrichtung der Symmetrieachse erreicht werden soll (beispielsweise bei einem Seismograph). 25 Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

30

35

40

45

50

55

faO

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur magnetischen Lagerung eines Rotors mit an den axialen Enden des Rotors vorgesehenen magnetischen Lagern, welche aus stationäre Felder aufweisenden Magnetanordnungen bestehen und zumindest eine statorseitige, Magnetringe und Fühler aufweisende Zentriervorrichtung zur Ausrichtung der Drehachse des Rotors umfassen, dadurch gekennzeichnet,

daß die Zentriervorrichtung zur Ausrichtung der Drehachse statorseitig mehrere zueinander exzentrische Magnetringe und diesen gegenüberliegend rotorseitig konzentrische Magnetringe aufweist,
daß eine zusätzliche Zentriervorrichtung zum Auswuchten des Rotors vorgesehen ist, welche rotorseitig mehrere zueinander exzentrische Magnetringe und diesen gegenüberliegend statorseitig konzentrische Magnetringe aufweist,

daß die die Zentriervorrichtungen umfassenden magnetischen Lager zwischen rotor- und statorseitigen Magnetanordnungen einen bezüglich der Rotorlängsachse senkrechten Luftspalt aufweisen, in dem ein axiales Magnetfeld erzeugt ist, und
daß die Induktion der rotorseitigen exzentrischen Magnetringe in Abhängigkeit von Signalen, welche durch auf die Unwucht des Rotors ansprechende Fühler ermittelt werden, veränderbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotorseitigen Ringe (CW bis C40'—CY bis C4') exzentrisch angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die statorseitigen Ringe exzentrisch angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in den Luftspalten zwischen jedem konzentrischen und exzentrischen Ring durch mechanische Einrichtungen (14) veränderlich ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld an jedem Ringpaar durch einen ringförmigen Magnet (10—11, 17—16) mit radialem Feld erzeugbar ist, der über ferromgnetische Ringe (12-13,12'-13', 18-19,18'-19') geschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Magnets (11) und der ferromagnetischen Ringe (12'—13') des Rotors ein Joch (15) zur Schließung des Magnetflusses vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Luftspalts durch axiale Verschiebung des statorseitigen Magnets und der statorseitigen ferromagnetischen Ringe veränderbarist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen einem Magnetshunt (20) und den statorseitigen Polteilen durch axiale Verschiebung des Shunts veränderbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in den Luftspalten zwischen jedem konzentrischen und exzentrischen Ring durch Einstellung des zu einer Spule (23) im Inneren eines statorseitigen Jochs (25) fließenden Stroms veränderbar ist, während sich der Fluß rotorseitig über die ferromagnetischen Ringe (26, 27), die einen ringförmigen Magnet (24) mit radialem Fluß einschließen, oder über ein Joch (29) zur Schließung des Flusses schließt

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einrichtung zur Änderung des Magnetfelds aus einem Schneckentrieb (32) besteht, der durch einen Elektromotor (33) antreibbar ist, so daß der betreffende Statorring oder der betreffende Magnetshunt axial bewegbar ist.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß feststehende elektromagnetische Fühler (34—35,36—37,38—39) vorgesehen sind, die für das Ausrichten der Drehachse radial in der jr-Achse und der y-Achse und für das Zusammenlegen der Trägheitsachse mit der Rotorachse in einer anderen radialen Richtung in einem geringen Abstand von den mit dem Rotor fest verbundenen leitenden Ringen angeordnet sind und durch Impedanzabtastung Signale erzeuge, durch

die der Strom an den Spulen oder Motoren entsprechend einstellbar ist

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß eine an jedem Rotorzentrierorgan vor den Fühlern angeordnete, axiaie Markierung (41) ein impulsförmiges Signal zur Winkelmarkierung erzeugt.

la Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor nur exzentrische Ringe und der Stator nur konzentrische Ringe besitzt, wenn nur das Zusammenfallen der Rotorachse mit der Trägheitsachse erreicht werden soll.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor nur konzentrische Ringe und der Stator nur exzentrische Ringe besitzt, wenn nur die Ausrichtung der Drehachse erreicht werden soll.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Körper in Anwendungsbereichen wie Ultrazentrifügieren durch die Beziehung C/A < 1 gekennzeichnet ist, in der Cdas Trägheitsmoment um die mit einer Trägheitsachse zusammenfallende Drehachse und A = B das Trägheitsmoment um Querträgheitsachsen ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Körper beispielsweise bei Verwendung als Trägheitsrad durch die Beziehung C/A > 1 gekennzeichnet ist, in der Cdas Trägheitsmoment um die mit einer Trägheitsachse zusammenfallende Drehachse und A = B das Trägheitsmoment um Querträgheitsachsen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisch gelagerte Körper beispielsweise im Falle seiner Anwendung auf einen Seismograph eine Drehgeschwindigkeit Null hat, wobei nur die Ausrichtung der Symmetrieachse des Körpers erreicht werden soll.