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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Aufbau eines Magnetlagers,
das einen Rotor stützt,
ohne Kontakt herzustellen, speziell einen Statorkern für ein Homopolar-Magnetlager.
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Stand der
Technik
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Ein
Turboverdichter kann mit stärkerer
Leistung und geringerer Größe als ein
Hubkolben- oder Schraubenverdichter
hergestellt werden, und kann einfach als ein ölfreier Typ hergestellt werden.
Daher werden Turboverdichter oft als universelle Verdichter in Anwendungen
wie zum Beispiel als eine Druckluftquelle für Fabriken, eine Luftquelle
zum Trennen und andere verschiedene Verfahren verwendet.
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Herkömmlich werden
Gaslager, Gleitlager und Magnetlager verwendet, um eine Hochgeschwindigkeitsrotationswelle
eines Hochgeschwindigkeitsmotors zu stützen, der direkt mit einem
Turboverdichter verbunden ist und diesen antreibt. Speziell kann
ein homopolares Magnetlager verwendet werden, um in einer berührungslosen
Weise einen Rotor (rotierende Welle) zu stützen, der rotiert, um die Hochgeschwindigkeitswelle
eines Hochgeschwindigkeitsmotors auszubilden, indem ein Magnetfluss
durch die Welle geführt
wird, um eine elektromagnetische Saugkraft zu erzeugen, welche bewirkt,
dass die Welle schwebt, was ein Typ eines radialen Magnetlagers
für eine
Verwendung bei Wellen ist, die bei einer hohen Geschwindigkeit (zum
Beispiel 100.000 min–1 oder mehr) rotieren.
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Die
JP-A-2000205260 offenbart entsprechend dem Oberbegriff des einzigen
Anspruches ein homopolares Magnetlager zum Stützen eines Rotors mit Statorkernen,
wobei jeder dieser Statorkerne ein erstes Joch umfasst, dessen eines
Ende eine magnetische Poloberfläche
ausbildet und welches ein erster Polkörper mit einer vorbestimmten
Breite ist, um den Magnetfluss durchzuführen. Der Statorkern weist
ein zweites Joch auf, dessen eines Ende eine Magnetpoloberfläche ausbildet
und welches ein zweiter Polkörper
mit einer vorbestimmten Breite ist, um einen Magnetfluss durchzuführen. Zwischen
den ersten und zweiten Jochen ist eine Schafteinheit angeordnet,
um den Magnetfluss zu übertragen.
Das erste Joch und das zweite Joch sind in einer Weise angeordnet,
dass sie in der axialen Richtung des Rotors ausgerichtet sind.
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Die
EP-A-0 869 517 offenbart Statorkerne, die ein Magnetpulvermaterial
aufweisen, das in einem Harz verfestigt ist. Die Magnetmaterialzusammensetzung
kann in einer gewünschten
Kernform gestaltet sein, welche beispielsweise Ring-, E-, I-, C-, EE-,
EI-, ER-, EPC-, Krug-, Trommel-, Topf- und Tassenformen aufweisen.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein homopolares Magnetlager
zur Verfügung zu
stellen, dessen Statorkerne verringerte Wirbelstromverluste haben.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung
weist die Schafteinheit ein Magnetmaterialpulver auf, das in einem
Harz verfestigt ist. Der erste Polkörper weist einen geschichteten
Körper
aus Magnetstahlblechen auf, wobei ein Isoliermaterial zwischen die
Schichtungen in der lateralen Richtung gebracht ist. Der zweite
Polkörper weist
auch einen geschichteten Körper
aus Magnetstahlblechen auf, wobei ein isolierendes Material zwischen
die Schichtungen in der lateralen Richtung gebracht ist.
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Unter
Verwendung dieses Aufbaus geht der Fluss, da das erste Joch, die
Schafteinheit und das zweite Joch zu einer U-Form vereinigt sind
und die Schafteinheit aus dem Magnetmaterialpulver hergestellt ist,
das in dem Harz verfestigt ist, wenn der Magnet in Betrieb gesetzt
ist, durch das erste Joch, den Rotor, das zweite Joch und die Schafteinheit
in einer geschlossenen Bahn; da die Magnetpoloberflächen an
den Enden des ersten Jochs und des zweiten Jochs den Rotor an den
stützenden
Oberflächen
stützen
und da das Magnetmaterialpulver, das in dem Harz verfestigt ist,
nur eine geringe Menge an einem Wirbelstromverlust erzeugt, werden
Wirbelströme nicht
in der Schafteinheit erzeugt, so dass ein Magnetlager mit geringen
Verlusten realisiert werden kann.
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In
den Statorkernen für
ein Magnetlager gemäß der vorliegenden
Erfindung ist der oben genannte erste Polkörper ein geschichteter Körper, in
welchem Magnetstahlbleche in der Richtung orthogonal zu einer Linie
senkrecht zu der oben genannten Magnetpoloberfläche geschichtet sind, wobei
eine nichtleitende Substanz dazwischen geschichtet ist, und der
oben genannte zweite Polkörper
ist ein geschichteter Körper,
der aus Magnetstahlblechen hergestellt ist, die in der Richtung
orthogonal zu einer Linie senkrecht zu der oben genannten Magnetpoloberfläche geschichtet
sind, wobei eine nichtleitende Substanz zwischen den Schichtungen
ist.
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Gemäß dem oben
beschriebenen Aufbau können,
da der erste Polkörper
und der zweite Polkörper
mit geschichteten Körpern
zur Verfügung
gestellt werden, die aus Magnetstahlblechen hergestellt sind, die
in der Richtung orthogonal zu einer Linie senkrecht zu den oben
genannten Magnetpoloberflächen
geschichtet sind, wobei eine nichtleitende Substanz zwischen den
Schichtungen ist, Wirbelstromverluste durch den Fluss, der durch
die Joche hindurchgeht, unterdrückt
werden, so dass ein Magnetlager mit weiter reduzierten Verlusten
hergestellt werden kann.
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Zusätzlich werden
die Statorkerne für
ein Magnetlager gemäß der vorliegenden
Erfindung in einer solchen Weise vorgesehen, dass der oben genannte
erste Polkörper
ein geschichteter Körper
ist, der aus Magnetstahlblechen hergestellt ist, die in der lateralen
Richtung geschichtet sind, wobei eine nichtleitende Substanz zwischen
jedes Blech geschichtet ist, und der oben genannte zweite Polkörper ist
ein geschichteter Körper,
in welchem die Magnetstahlbleche in der lateralen Richtung geschichtet
sind, wobei eine nichtleitende Subtanz sandwichartig zwischen jedem
Blech eingefügt
ist.
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In
diesem Aufbau können,
da der erste Polkörper
und der zweite Polkörper
geschichtete Körper haben,
die aus Magnetstahlblechen hergestellt sind, die in der lateralen
Richtung geschichtet sind, wobei eine nichtleitende Substanz sandwichartig
zwischen den Blechen eingefügt
ist, Wirbelstromverluste, die erzeugt werden, wenn der Magnetfluss
durch die Joche fließt,
unterdrückt
werden, so dass ein Magnetlager mit weiter verringerten Verlusten
in der Praxis angeboten werden kann.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die 1a und 1b sind
eine Vorderansicht und eine Seitenansicht der ersten Ausführungsform
der Statorkerne gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die 2a und 2b sind
Seitenansichten der zweiten und dritten Ausführungsformen der Statorkerne
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die 3a bis 3c sind
isometrische Ansichten der ersten bis dritten Ausführungsformen
der Statorkerne basierend auf der vorliegenden Erfindung.
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Die 4a und 4b sind
eine Vorderansicht und eine Seitenansicht der vierten Ausführungsform
der Statorkerne gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die 5a und 5b zeigen
Vorder- und Seitenansichten der fünften Ausführungsform der Statorkerne
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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6 ist
ein Diagramm, das die magnetischen Eigenschaften eines Magnetmaterialpulvers, das
in einem Harz verfestigt ist, und von universellen Siliziumstahlblechen
zeigt.
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Als
Nächstes
werden unten die ersten bis fünften
Ausführungsformen
der Statorkerne für
ein Magnetlager gemäß der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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1 zeigt eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht
der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt
Ansichten der zweiten und dritten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt isometrische Ansichten der Statorkerne
der ersten bis dritten Ausführungsformen. 4 zeigt die Drauf- und Seitenansicht der vierten
Ausführungsform. 5 zeigt die Vorderansicht und den Aufriss
der fünften
Ausführungsform.
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Für die Einfachheit
der Beschreibung werden für
die Statorkerne Abkürzungen
verwendet; A für
die erste Ausführungsform,
B für die
zweite, C für die
dritte, D für
die vierte, E für
die fünfte.
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(Erste Ausführungsform)
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Zuerst
wird die erste Ausführungsform
von Statorkernen (Typ A) für
ein Magnetlager gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die 1a, 1b und 3a beschrieben.
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Das
Magnetlager der ersten Ausführungsform
ist ein homopolares radiales Magnetlager. Das homopolare radiale
Magnetlager 1 ist mit einem Gehäuse 2 und einer Mehrzahl
von elektromagnetischen Komponenten 13 und einem Rotor 3 vorgesehen.
Der Rotor 3 ist ein Rotor, der mit einem magnetischen Material
wenigstens an seiner äußeren Oberfläche und
mit einem vorbestimmten Außendurchmesser
D1 ausgebildet ist. Der Rotor 3 ist an der Mittellinie
des Gehäuses 2,
parallel dazu in der axialen Richtung positioniert und so gestützt, dass
er frei ist, bei einer hohen Geschwindigkeit zu rotieren. Die Vielzahl
von elektromagnetischen Komponenten 13 stützt den
Rotor 3 in einer frei rotierbaren Weise und ist um den
Rotor 3 angeordnet. Zum Beispiel sind vier elektromagnetische
Komponenten in einem Set angeordnet, und das Set von elektromagnetischen Komponenten 13 stützt den
Rotor 3 an zwei Stellen. Vier elektromagnetische Komponenten
sind in gleichen Winkeln um den Motor an jedem Stützpunkt
beabstandet.
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Die
elektromagnetischen Komponenten 13 sind mit einem Statorkern 16 und
Spulen 5 vorgesehen. Der Statorkern 16 ist aus
zwei Jochen 6, 8 und einer Schafteinheit 7 (3a)
aufgebaut. Die Joche 6, 8 sind Poleinheiten, deren
Enden eine magnetische Poloberfläche 9 ausbilden,
die der äußeren Oberfläche des
Rotors 3 (d. h., der stützenden
Oberfläche)
gegenüber
sind, wobei ein vorbestimmter Spalt zwischen ihnen ist, durch welchen
der Magnetfluss hindurchgeht. Die zwei Joche 6 und 8 sind
mit einem vorbestimmten Abstand in der lateralen Richtung angeordnet.
Die Schafteinheit 7 ist ein rechteckiger Block, der sandwichartig
zwischen den anderen Enden der Joche angeordnet ist und durch welchen der
Magnetfluss hindurchgeht. Ein Statorkern 16 ist wie der
Buchstabe U mit einer beträchtlichen
Dicke geformt, da die zwei Joche 6 und 8 und die
Schafteinheit 7 in einem Körper ohne Spalte verbunden
sind, und der Kern ist in einem ausgesparten Bereich an dem Innenrand
des Gehäuses 2 eingebaut.
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Die
Spule 5 ist ein Drahtbündel.
Der Draht ist in einigen Lagen um die Joche 6, 8 gewickelt,
und die Spule 5 ist in einem Block mit der gleichen Form
wie die Querschnitte der Joche 6, 8 aber ohne
einen Luftspalt zwischen der Spule und den Jochen ausgebildet.
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Der
Aufbau der Statorkerne 16 ist im weiteren Detail beschrieben.
Ein Statorkern ist aus einer ersten Jochkomponente 17,
einer Schafteinheitskomponente 18 und einer zweiten Jochkomponente 19 aufgebaut.
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Die
erste Jochkomponente 17 ist ein Polkörper mit einer vorbestimmten
Breite. Der Polkörper
ist aus so genannten geschichteten Stahlblechen aufgebaut, d. h.,
ist aus einer Mehrzahl von Magnetstahlblechen und Schichten eines
isolierenden Materials aufgebaut. Das Magnetstahlblech ist ein dünnes Stahlblech
mit einer Dicke T, das als ein Viereck mit einem Ende geformt ist,
das mit einem Krümmungsradius
R gekrümmt
ist. Das isolierende Material ist ein nichtleitendes Material und
wird zwischen der Vielzahl von Magnetstahlblechen angewendet. Die Magnetstahlbleche
sind in der lateralen Richtung geschichtet, und wenn ein Statorkern
als eine elektromagnetische Komponente angeordnet wird, wird deren
Laminierungsrichtung in der Axialrichtung des Rotors 3 ausgerichtet.
Die erste Jochkomponente 17 ist ein Polkörper mit
einer gleichmäßigen Breite
W3 in der Schichtungsrichtung der Stahlbleche, und ihr eines Ende
bildet eine Magnetpoloberfläche 9 mit
einem Krümmungsradius
R. Löcher
zum Befestigen des Kerns sind an ihren Achsen in der lateralen Richtung,
an Stellen an dem gegenüberliegenden
Ende der magnetischen Poloberfläche 9 (der
Einfachheit halber Gegenmagnetpoloberfläche genannt) vorgesehen.
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Der
Aufbau der zweiten Jochkomponente 19 ist der gleiche wie
der der ersten Jochkomponente 17, weshalb hier keine zusätzliche
Beschreibung erfolgt.
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Die
erste Jochkomponente 17 und die zweite Jochkomponente 19 sind
einander gegenüber
in der lateralen Richtung, wobei eine Lücke W2 zwischen ihnen ist.
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Die
Schafteinheitkomponente 18 ist ein rechteckiger Block mit
einer Breite W2, einer Höhe H3
und einer Länge
L1. Die Schafteinheitkomponente 18 ist so angeordnet, dass
eine Oberfläche
in der Richtung der Höhe
der Komponente in der gleichen Ebene wie die Gegenmagnetpoloberflächen der
ersten Jochkomponente 17 und der zweiten Jochkomponente 19 ist,
und die Schafteinheit ist sandwichartig zwischen der ersten Jochkomponente 17 und
der zweiten Jochkomponente 19 angeordnet. Die Schafteinheitkomponente 18 ist
im Ganzen aus einem magnetpulvergefüllten Harz aufgebaut. Löcher zum
Befestigen sind vorgesehen, wobei deren Achsen lateral ausgerichtet
sind.
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Die
erste Jochkomponente 17, die Schafteinheitkomponente 18 und
die zweite Jochkomponente 19 sind miteinander und mit dem
Gehäuse 2 durch Bolzen
befestigt, die durch die Löcher,
die zum Befestigen verwendet werden, hindurchgehen, um einen einstückigen Statorkern 16 auszubilden.
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(Zweite Ausführungsform)
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Als
Nächstes
werden ein Magnetlager und der Statorkern (Typ B) gemäß der zweiten
Ausführungsform
im Hinblick auf die 2a und 3b beschrieben.
Der Aufbau des Magnetlagers ist der gleiche wie der der ersten Ausführungsform,
so dass die Beschreibung nicht wiederholt wird, aber der Aufbau des
Statorkerns (Typ B) wird im Detail beschrieben.
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Der
Statorkern 20 besteht aus einer ersten Jochkomponente 21,
einer Schafteinheitkomponente 22 und einer zweiten Jochkomponente 23.
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Die
erste Jochkomponente 21 ist ein Polkörper mit einer vorbestimmten
Breite. Der Polarkörper ist
aus so genannten geschichteten Stahlblechen aufgebaut, d. h. er
ist aus einer Mehrzahl von magnetischen Stahlblechen und Schichten
eines isolierenden Materials aufgebaut. Das Magnetstahlblech ist ein
dünnes
Stahlblech mit einer Dicke T, das als ein Viereck geformt ist, dessen
eines Ende mit einem Krümmungsradius
R gekrümmt
ist. Das isolierende Material ist ein nichtleitendes Material und
wird zwischen jedem der Vielzahl von Magnetstahlblechen angewendet.
Die Magnetstahlbleche sind in der lateralen Richtung geschichtet,
und wenn ein Statorkern als eine elektromagnetische Komponente angeordnet
wird, wird ihre Schichtungsrichtung mit der Axialrichtung des Rotors
ausgerichtet. Die erste Jochkomponente 21 ist ein Polkörper mit
einer gleichmäßigen Breite
in der Richtung der Schichtung der Stahlbleche, und sein eines Ende
bildet eine Magnetpoloberfläche 9 mit
einem Krümmungsradius
R. Die Oberfläche
des gegenüberliegenden
Endes von der Magnetpoloberfläche 9 (der
Einfachheit halber die Gegenmagnetpoloberfläche genannt) ist in einem Winkel geschnitten,
so dass sie die Oberfläche
der Stahlbleche in einem Winkel weniger als 90° schneidet. Löcher zum
Befestigen sind an Stellen nahe der Gegenmagnetpoloberfläche vorgesehen,
wobei ihre Achsen lateral ausgerichtet sind.
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Die
erste Jochkomponente 21 und die zweite Jochkomponente 23 sind
einander in der lateralen Richtung mit einer Lücke W2 zwischen ihnen so gegenüber, dass
ihre Gegenmagnetpoloberflächen
einander gegenüber
sind.
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Die
Schafteinheitkomponente 22 hat die Form eines rechteckigen
Keils. Die geneigten Oberflächen
der Schafteinheitkomponente 22 kontaktieren die Gegenmagnetpoloberflächen der
ersten und zweiten Jochkomponente 21 und 23, und
die Schafteinheitkomponente ist sandwichartig durch die ersten und
zweiten Jochkomponenten 21, 23 aufgebaut. Die Schaft einheitkomponente 22 ist
ein Festkörper,
der im Ganzen aus einem Magnetmaterialpulver hergestellt ist, das
in einem Harz verfestigt ist. Löcher
zum Befestigen sind vorgesehen, wobei deren Achsen in der lateralen
Richtung ausgerichtet sind.
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Die
erste Jochkomponente 21, die Schafteinheitkomponente 22 und
die zweite Jochkomponente 23 sind aneinander und am Gehäuse 22 durch
Bolzen befestigt, die durch die Löcher, die zum Befestigen verwendet
werden, hindurchgehen, um einen einstückigen Statorkern 20 auszubilden.
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(Dritte Ausführungsform)
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Als
Nächstes
werden ein Magnetlager und der Statorkern (Typ C) dafür gemäß der dritten
Ausführungsform
im Hinblick auf die 2b und 3c beschrieben.
Der Aufbau des Magnetlagers ist der gleiche wie der der ersten Ausführungsform,
so dass eine doppelte Beschreibung hier weggelassen wird, und der
Aufbau des Statorkerns (Typ C) 30 ist unten detailliert
beschrieben.
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Der
Statorkern 30 ist mit einen ersten Jochkomponente 31,
einer Schafteinheitkomponente 32 und einer zweiten Jochkomponente 33 vorgesehen.
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Die
erste Jochkomponente 31 ist ein Polkörper mit einer vorbestimmten
Breite. Der Polkörper
ist aus so genannten geschichteten Stahlblechen ausgebildet, die
aus einer Mehrzahl von Magnetstahlblechen und Schichten eines isolierenden
Materials bestehen. Das Magnetstahlblech hat eine dünne viereckige
Form mit einer Dicke T und ein Ende ist mit einem Krümmungsradius
R gekrümmt.
Das isolierende Material ist ein nichtleitendes Material und wird
zwischen jedem der Vielzahl von Magnetstahlblechen angewendet. Die
Magnetstahlbleche sind in der lateralen Richtung geschichtet, und
wenn Statorkerne als elektromagnetische Komponenten angeordnet werden,
wird ihre Schichtungsrichtung mit der Axialrichtung des Rotors ausgerichtet.
Die erste Jochkomponente 31 ist ein Polkörper mit
einer gleichmäßigen Breite
W3 in der Richtung der Schichtung der Stahlbleche, und ihr eines
Ende bildet eine Magnetpoloberfläche
mit einem Krümmungsradius
R. Die Oberfläche
an dem gegenüberliegenden
Ende von der Magnetpoloberfläche 9 (der
Einfachheit halber die Gegenmagnetpoloberfläche genannt) ist in der Dickenrichtung
gestuft. Löcher
zum Befestigen sind an Stellen nahe der Gegenmagnetpoloberfläche gebohrt,
wobei ihre Achsen in der lateralen Richtung ausgerichtet sind.
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Der
Aufbau der zweiten Jochkomponente 33 ist der gleiche wie
der der ersten Jochkomponente, so dass keine zusätzliche Beschreibung unten
erfolgt.
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Die
erste Jochkomponente 31 und die zweite Jochkomponente 33 sind
einander in der lateralen Richtung mit einem Spalt W2 zwischen ihnen
gegenüber,
so dass die Stellen mit den gestuften Oberflächen einander gegenüber sind.
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Die
Schafteinheitkomponente 32 hat die Form eines festen Rechtecks
mit einer Breite W4, einer Höhe
H3 und einer Länge
L1. Die Schafteinheitkomponente 32 greift in den gestuften
Bereich der ersten Jochkomponente 31 und den gestuften
Bereich der zweiten Jochkomponente 33 ein und ist sandwichartig
durch die ersten und zweiten Jochkomponenten 31, 33 aufgebaut.
Die Stufeneinheitkomponente 18 ist im Ganzen aus einem
Magnetmaterialpulver hergestellt, das in einem Harz verfestigt ist.
Löcher
zum Befestigen sind vorgesehen, wobei deren Achsen lateral ausgerichtet
sind.
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Die
erste Jochkomponente 31, die Schafteinheitkomponente 32 und
die zweite Jochkomponente 33 sind aneinander und an dem
Gehäuse 2 durch Bolzen
befestigt, die durch die Löcher
zum Befestigen eingebracht sind, wodurch ein einstückiger Statorkern 30 hergestellt
wird.
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(Vierte Ausführungsform)
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Als
Nächstes
wird ein Magnetlager und dessen Statorkern (Typ D) gemäß der vierten
Ausführungsform
beschrieben. Der Aufbau des Magnetlagers ist der gleiche wie der
der ersten Ausführungsform,
so dass hier eine Beschreibung nicht erfolgt, und der Aufbau des
Statorkerns (Typ D) 50 ist unten beschrieben.
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Obwohl
die Kombination der Statorkerne 50 basierend auf dem oben
erwähnten
A-Typ beschrieben wird, der in den 4a und 4b gezeigt
ist, ist dies nicht einschränkend,
und jeder der Typen A bis C kann verwendet werden.
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Die
Breiten der Randbereiche nahe den Magnetpoloberflächen 9 der
Joche 6 und 8 sind entlang der Außenoberfläche des
Rotors erstreckt und mit den Bereichen in Kontakt oder in nächster Nähe zu denen
der benachbarten Magnetpoloberflächen
des Statorkerns, d. h. den elektromagnetischen Komponenten.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Als
Nächstes
wird ein Magnetlager und sein Statorkern (Typ E) gemäß der fünften Ausführungsform
im Hinblick auf die 5a und 5b beschrieben.
Da der Aufbau des Magnetlagers der gleiche wie der der ersten Ausführungsform
ist, erfolgt unten keine Beschreibung, und nur der Aufbau des Statorkerns
(Typ E) 60 wird beschrieben.
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Obwohl
die Figuren den oben genannten A-Typ in der Kombination von Statorkernen 60 zeigen,
ist der Aufbau nicht nur auf den Typ A beschränkt, sondern jeder der Typen
A bis C kann in der Praxis verwendet werden.
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Die
Breiten nahe den Magnetpoloberflächen 9 der
Joche 6, 8 erstrecken sich um den Umfang entlang
der Rotorstützoberfläche, und
sind einstückig mit
oder in nächster
Nähe zu
den Magnetpoloberflächen
von benachbarten elektromagnetischen Komponenten, d. h. Statorkernen 60 ausgebildet.
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6 zeigt
ein Diagramm, das die magnetischen Eigenschaften eines Festkörpers vergleicht, der
aus einem Magnetmaterialpulver hergestellt ist, das in einem Harz
verfestigt ist, mit den magnetischen Eigenschaften eines universellen
Siliziumstahlbleches (0,35 mm dick), das normalerweise als das Material
für geschichtete
Stahlbleche verwendet wird. Offensichtlich hat das Magnetmaterialpulver, das
in dem Harz verfestigt ist, einen größeren Hystereseverlust und
einen geringeren Wirbelstromverlust als das universelle Siliziumstahlblech.
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Wenn
das Magnetlager der ersten bis fünften Ausführungsformen
mit Gleichstrom angetrieben wird, fließt ein Magnetfluss zwischen
dem Statorkern und dem Rotor. Zum Beispiel fließt der Magnetfluss in einem
geschlossenen Kreislauf von der Gegenmagnetpoloberfläche zu der
Magnetpoloberfläche
des ersten Jochs 6, durch die Oberfläche des Rotors, durch das zweite
Joch 8 von der Magnetpoloberfläche zu der Gegenmagnetpoloberfläche, durch
die Schafteinheit 7, zurück zu dem ersten Joch. Der
Magnetflusskreislauf ist in drei Dimensionen gekrümmt, und
der Fluss fließt
durch eine Stelle an dem zweiten Joch 8 zu der Schafteinheit 7,
und durch eine andere Stelle an der Schafteinheit 7 zu
dem ersten Joch, da jedoch die Schafteinheit aus einem Material
aufgebaut ist, in welchem eine extrem geringe Menge an Wirbelströmen erzeugt
werden, können
die Wirbelstromverluste minimiert werden.
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Wird
andererseits wird das Magnetlager durch den Gleichstrom angetrieben,
der sehr wenige Wechselstromkomponenten enthält, so werden die Hystereseverluste,
die in dem Statorkern erzeugt werden, vernachlässigbar gering.
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Daher
kann unter Verwendung jedes der Statorkerne gemäß der ersten bis fünften Ausführungsformen
ein Magnetlager mit geringen Wirbelstromverlusten hergestellt werden.
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Wenn
ein Statorkern jedes der ersten bis fünften Ausführungsformen verwendet wird,
können, da
die Randbreiten nahe der Magnetpoloberflächen 9 der Joche 6, 8 sich
entlang der Außenoberfläche des
Rotors erstrecken, periodische Veränderungen der Intensität des Magnetfeldes,
das an der Oberfläche
des Rotors erzeugt wird, minimiert werden, wenn der Rotor rotiert,
so dass Wirbelstromverluste, die an der Rotoroberfläche erzeugt
werden, verringert werden können.
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Wenn
einer der Typen A bis C in die Statorkerne für die vierten und fünften Ausführungsformen eingeführt wird,
können,
da die Magnetpoloberflächen
gekrümmte
Oberflächen
in den Magnetstahlblechen der Joche sind, gerade wenn die gekrümmte Oberfläche mit
einer Drehmaschine hergestellt wurde, die Oberflächen der Magnetstahlbleche
Bearbeitungskräften
wiederstehen, so dass die geschichteten Stahlbleche nicht länger abgeschält werden,
so dass eine hochgenaue gekrümmte
Oberfläche
hergestellt werden kann.
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Wenn
einer der Statorkerne für
ein Magnetlager gemäß der oben
genannten Ausführungsformen
verwendet wird, hat das Magnetlager wenige Wirbelstromverluste.
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Wenn
irgendeiner der Statorkerne für
ein Magnetlager gemäß der ersten
bis dritten Ausführungsformen
(Typen A, B und C) verwendet wird, werden die Eigenschaften der
geschichteten Stahlbleche und die vorteilhaften Charakteristiken
eines Körpers,
der aus einem Magnetmaterialpulver, das in einem Harz verfestigt
ist, effektiv kombiniert, und ein Magnetlager mit geringen Wirbelstrom-
und Hystereseverlusten kann entwickelt werden.
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Unter
Verwendung der Statorkerne für
ein Magnetlager gemäß der ersten
bis fünften
Ausführungsformen
(Typen A, B, C, D und E) können
Wirbelstromverluste an der Oberfläche eines Rotors verringert
werden.
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In
den oben genannten Ausführungsformen wurde
ein Radiallager als ein Beispiel genommen, jedoch sind anwendbare
Lager in der Praxis nicht nur auf dieses Beispiel beschränkt, und
die vorliegende Erfindung kann auch auf ein Axiallager angewendet werden.
Zusätzlich
ist, obwohl die Beschreibungen unter der Annahme eines Aufbaus zum
Stützen
eines rotierenden Rotors erfolgten, die Erfindung nicht nur auf
dieses Beispiel beschränkt,
sondern die vorliegende Erfindung kann zum Beispiel auch für eine Führung für einen
Linearhubantrieb verwendet werden. Zusätzlich bezogen sich die vorangegangenen Beschreibungen
auf Beispiele, wo ein Statorkern aus einer Komponente oder drei
Komponenten aufgebaut war, aber der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
ist nicht nur auf diese Aufbauten beschränkt, und zwei Komponenten oder
vier oder mehr Komponenten können
für den
Aufbau verwendet werden. Ein vormagnetisierender Magnet kann auch
als Teil eines Statorkerns umfasst werden.
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Die
oben genannten Statorkerne für
ein Magnetlager und das Verfahren zu ihrer Herstellung zeigen die
folgenden Vorteile.
- 1. Da die geschichteten
Stahlbleche eines geschnittenen Kerns befriedigend verbunden sind, können Vorsprünge eines
Magnetpols auch in einem geschichteten Aufbau hergestellt werden.
- 2. Vorsprünge
sind miteinander magnetisch verbunden aber elektrisch isoliert,
so dass Verluste verringert werden können, ohne die Eigenschaften
des Lagers zu beeinträchtigen.
D. h., unter Verwendung der geschnittenen Kerne können die Vorsprünge von
Magnetpolen auch aus geschichteten Stahlblechen hergestellt werden,
was in einer Verringerung von Eisenverlusten resultiert.
- 3. Eine breitere Auswahl von Typen von elektromagnetischen Stahlblechen
wird möglich,
und amorphe Materialien, die schwer zu schichten sind, können auch
für die
Magnetpole verwendet werden.
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Daher
können
der Statorkern für
ein Magnetlager und das Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der vorliegenden
Erfindung aus geschichteten Stahlblechen aufgebaut werden, gerade
wenn die Statorkerne mit Vorsprüngen
vorgesehen sind, die sich in der Umfangsrichtung erstrecken; zusätzlich können die
geschichteten Stahlbleche davor bewahrt werden, gelöst, zerbrochen
oder abgeschält
zu werden, so dass sie effizient geschnitten und bearbeitet werden
können;
weiterhin kann ein amorphes Material, das schwierig zu schichten
ist, als ein Rohmaterial verwendet werden; folglich können die
Herstellungs- und Bearbeitungskosten der Statorkerne verringert
werden, während
die Wirbelströme,
die in der Statoreinheit erzeugt werden, auch stark verringert werden
können,
was exzellente Vorteile in der Praxis sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung stellen die Statorkerne für ein homopolares Magnetlager, das
einen rotierenden Körper
stützt,
die folgenden Effekte durch ihren Aufbau zur Verfügung.
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Da
das erste Joch, die Schafteinheit und das zweite Joch einstückig in
einer U-Form ausgebildet sind und die Schafteinheit aus einem Magnetmaterialpulver,
das in einem Harz verfestigt ist, besteht, fließt, wenn ein Magnetfluss durch
sie hindurchgeht, der Fluss in einem geschlossenen Kreislauf durch das
erste Joch, den sich bewegenden Körper, das zweite Joch und die
Schafteinheit hindurch, wodurch Magnetpoloberflächen an einem Ende von jedem
der ersten und zweiten Joche den Rotor an den stützenden Oberflächen stützen; weil
das Magnetmaterialpulver, das in dem Harz verfestigt ist, keine
Wirbelströme
erzeugt, erzeugt die Schafteinheit einen geringen Wirbelstromverlust,
so dass ein Magnetlager mit geringen Verlusten angeboten werden
kann.
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Darüber hinaus
werden, da der erste Polkörper
und der zweite Polkörper
geschichtete Körper sind,
die aus Magnetstahlblechen aufgebaut sind, zwischen denen eine nichtleitende
Substanz eingebracht ist und die in einer Richtung orthogonal zu
einer Linie senkrecht zu den oben genannten Magnetpoloberflächen geschichtet
sind, wenn der Magnetfluss durch die Joche hindurchgeht, Wirbelstromverluste
unterdrückt
und ein Magnetlager mit noch geringeren Verlusten kann entwickelt
werden.
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Zusätzlich werden,
wenn der erste Polkörper und
der zweite Polkörper
geschichtete Körper
sind, die aus Magnetstahlblechen hergestellt sind, zwischen denen
ein nichtleitendes Material eingebracht ist und die in der lateralen
Richtung geschichtet sind, Wirbelstromverluste, die erzeugt werden,
wenn ein Magnetfluss durch Joche hindurchgeht, unterdrückt, so
dass ein Magnetlager mit noch geringeren Verlusten realisiert werden
kann.
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Zusätzlich werden,
gemäß der vorliegenden Erfindung
wie oben beschrieben, Statorkerne für ein Magnetlager, das verwendet
wird, um einen Rotor mit einer magnetischen stützenden Oberfläche zu stützen, mit
einer N-Pol-Magnetpoloberfläche
und einer S-Pol-Magnetpoloberfläche
zur Verfügung
gestellt, die der stützenden
Oberfläche
gegenüber
sind, daher stützen
die N-Pol- und S-Pol-Magnetpoloberflächen die stützende Oberfläche des
Rotors, wenn ein Magnetfluss durch die Statorkerne des Magnetlagers hindurchgeführt wird;
weil das Magnetmaterialpulver, das in dem Harz verfestigt ist, geringe
Wirbelstromverluste erzeugt, werden die Verluste unterdrückt, so dass
ein Magnetlager mit geringen Verlusten präsentiert werden kann.
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Auch
wenn Statorkerne für
ein Magnetlager gemäß der vorliegenden
Erfindung einen rotierenden Körper
stützen,
werden Wirbelstromverluste unterdrückt und ein Magnetlager mit
geringem Verlust für einen
Rotor kann erreicht werden.
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Folglich
stellt die vorliegende Erfindung Statorkerne für ein Magnetlager zur Verfügung, das
in einer solchen Weise aufgebaut ist, das die Verwendbarkeit von
Materialien hoch ist, die Werkstücke
mit einer hohen Genauigkeit bearbeitet werden können und Wirbelstromverluste
auf ein Minimum reduziert werden können.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung im Hinblick auf eine Anzahl von bevorzugten
Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist es verständlich,
dass der Schutzrechtsbereich, der von der vorliegenden Erfindung
umfasst wird, nicht nur auf diese Ausführungsformen beschränkt ist.
Umgekehrt sollte der Schutzrechtsumfang der vorliegenden Erfindung
alle Verbesserungen, Modifikationen und äquivalente Dinge umfassen,
die zu dem Schutzbereich der angefügten Ansprüche gehören.