EP0332979A2

Magnetic support with permanent magnets for absorption of the radial bearing stresses.

Abstract

Für einen Rotor wird eine magnetische Lagerung mit Permanentmagneten zur Aufnahme der radialen Lager­kräfte und mit einem Stabilisator angegeben, der den Rotor in einer berührungslosen Lage gegenüber dem Stator hält. Am Stator sind hierzu elektrische Spulen angebracht, die mit am Rotor befestigten magnetisierbaren Teilen zusammenwirken. Um die Lagerung von der räumlichen Orientierung der Rotorachse sowie von Gehäusedeformationen weitest­gehend unabhängig zu machen, ist im Bereich des Ro­torschwerpunkts (Figur 1, Bezugszeichen 4) ein Schwerpunktlager (5) mit vergleichsweise hoher ra­dialer Steifigkeit und an anderer Stelle des Ro­tors 1 ein Stabilisierungslager (7) mit im Vergleich zum Schwerpunktlager geringer Radialsteifigkeit an­geordnet. Das Schwerpunktlager (5) trägt den größ­ten Teil des Rotorgewichts, das Stabilisierungs­lager (7) übernimmt im wesentlichen die statische und dynamische Stabilisierung des gesamten Systems.

EP0332979A2, drawing sheet 1
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17 claims: 10 independent, 7 dependent

  1. 1
    Magnetische Lagerung für einen Rotor mit Permanent­magneten zur Aufnahme der radialen Lagerkräfte und mit einem Stabilisator, der den Rotor in einer berührungslosen Lage gegenüber einem Stator hält, wobei am Stator angebrachte elek­trische Spulen mit am Rotor befestigten magne­tisierbaren Teilen zusammenwirken, gekennzeichnet durch die Anordnung eines ersten permanentmagnetischen Lagers, im folgenden Schwerpunktlager (5) genannt, mit vergleichsweise hoher Steifigkeit und durch die Anordnung eines zweiten permanentmagnetischen Lagers, im folgenden Stabilisierungslager (7) genannt, mit vergleichsweise geringer Steifig­keit, welches die elektrischen Spulen (26a, 26b) für die axiale Stabilisierung des Rotors (1) und zusätzlich eine Einrichtung zur Wirbelstrom­dämpfung von Radialbewegungen des Rotors (1) gegenüber dem Stator enthält.
  2. 2
    Magnetische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwerpunktlager (5) aus einem koaxial zur Rotorachse angeordneten Satz von Magnet­ringen (10, 11) aus hartmagnetischem Material mit gleichgerichteter axialer Magnetisierung besteht, wobei in axialer Richtung abwechselnd Rotor- und Statormagnetringe angeordnet sind, und sich die im wesentlichen ebenen Stirnflächen von Rotor- und Statormagnetringen in engem axialen Abstand gegenüberstehen.
  3. 3
    Magnetische Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem ersten Satz von Rotor- und Stator­magnetringen (16a, 16b, 17a, 17b, 17c) mindestens ein weiterer Satz von Magnetringen (18a, 18b, 19a, 19b, 19c) mit dem ersten Satz entgegen­gesetzter axialer Magnetisierung angeordnet ist, wobei Stirnflächen der Rotor- bzw. Stator­magnetringe (16a, 16b, 17a, 17b, 17c) des einen Satzes mit Stirnflächen der Rotor- bzw. Stator­magnetringe (18a, 18b, 19a, 19b, 19c) des anderen Satzes in einer Ebene liegen.
  4. 4
    Magnetische Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetringe Scheiben (20a, 20b, 21a, 21b) aus hartmagnetischem Material mit mindestens zwei konzentrischen, ringförmigen Zonen ent­gegengesetzter axialer Magnetisierung eingesetzt sind.
  5. 5
    Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetringe eine das Material vor aggres­siven Medien schützende Beschichtung aufweisen.
  6. 6
    Magnetische Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus auf den Magnetringen befestigten Schutzringen und/oder Schutzblechen besteht.
  7. 7
    Magnetische Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Magnetringe durch Abscheiden aus einer flüssigen Phase gewonnen ist.
  8. 8
    Magnetische Lagerung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem Material hoher Zugfestigkeit besteht.
  9. 9
    Magnetische Lagerung nach einem der vorhergehen­den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwerpunktlager (5) eine Anlaufbuchse zur mechanischen Begrenzung des radialen Lager­spiels aufweist.
  10. 10
    Magnetische Lagerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaufbuchse mit einem temperaturbestän­digen Kunststoff mit guten Gleiteigenschaf­ten, vorzugsweise PTFE (Polytetrafluoräthylen) oder Polyimid mit eingelagertem Gleitstoff, ausgekleidet ist.
  11. 11
    Magnetische Lagerung nach einem der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abtastung der axialen Rotorposition ein Sensor (8) eingesetzt ist, der im wesent­lichen aus zwei Sensorspulen (33, 34) annähernd gleicher Impedanz besteht, von denen die eine Spule (33) einem vorzugsweise an einem der axialen Wellenenden (36) angebrachten Markierungs­teil (37) aus einem Material mit hoher elek­trischer und/oder magnetischer Leitfähigkeit in engem axialem Abstand gegenübersteht, wobei gegenüberstehende Begrenzungsflächen von Spule (33) und Markierungsteil (37) im wesentlichen eben und senkrecht in Bezug auf die Rotorachse (31) orientiert sind, während die zweite Spule (34) einem am Sensorgehäuse (35) angebrach­ten Markierungsteil (38) aus einem Material gegenübersteht, dessen elektrische und magne­tische Eigenschaften denen des am Rotor (1) angebrachten Markierungsteils (37) weitgehend entsprechen.
  12. 12
    Magnetische Lagerung nach einem der vorhergehen­den Ansprüche, gekennzeichnet durch die Anordnung eines Antriebsmotors (39) für den Rotor (1) mit einem Läufer (40) aus in radialer Richtung magnetisiertem permanent­magnetischen Material.
  13. 13
    Magnetische Lagerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Antreibsmotor (39) einen Motorstator (41) mit bei Drehstrommotoren üblicher Bewick­lung aufweist, der aus einem Mehrphasen-Dreh­stromgenerator bzw. Drehstromwandler (42) ge­speist wird.
  14. 14
    Magnetische Lagerung nach einem der vorher­gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Rotor ein axial wirkendes Anlauflager (43) angebracht ist, das zwei auf der Welle (2) des Ro­tors (1) befestigte Schulter- bzw. Spindelkugel­lager (44, 45) aufweist, die beide gegeneinander­gestellt sind, sowie aus einer mit dem Lagergehäuse (6) verbundenen Kapsel (46) besteht.
  15. 15
    Magnetische Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch dessen Verwendung zur Lagerung eines Rotors, der eine Schwungscheibe (3) aus hochfestem Material, insbesondere aus für hohe Drehgeschwindigkeiten ausgelegtem Faserverbundmaterial trägt.
  16. 16
    Magnetische Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch dessen Verwendung zur Rotorlagerung von axial und/oder radial verdichtenden Gasturbinen, insbe­sondere von Turbomolekularpumpen.
  17. 17
    Magnetische Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch dessen Verwendung zur Rotorlagerung einer Spinntur­bine.
Independent claims17