CN101248282A - 用于磁轴承装置的转子轴 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种用于磁轴承装置(1)的转子轴(200)。该轴包括内轴部，在所述内轴部的周缘上安装有由隔件(250，270)分隔开的多个靶(240，260，280)。这可通过将轴向压力(F，F’)施加到周缘部件上而不是应用径向压配合来实现。以此方式获得简化的构造、更高的硬度以及更高的稳定性。本申请进一步公开一种具有推力盘(220)的转子，所述推力盘的厚度朝向周缘减小。从而容许在给定的旋转速度下使用更大的推力盘。

Description

用于磁轴承装置的转子轴
技术领域
本发明涉及一种具有如权利要求1的前序部分所述特征的用于磁轴承装置的转子轴，涉及一种包括此种转子轴的磁轴承装置，以及涉及一种制造转子轴的方法。
背景技术
现有技术中，转子由一组主动磁轴承支撑以绕旋转轴线旋转的磁轴承装置众所周知。转子通常包括由多个主动磁轴承单元围绕的中心轴，各个所述单元通常包括多个电磁体。磁轴承装置经常进一步包括用于驱动转子旋转的马达，该马达通常也包括多个电磁体。
轴通常包括多个设置于轴的周缘上并用于电磁体的环形靶(target)。所述靶通常为铁磁性元件，其作用为使电磁体的磁通路线闭合。所述靶通常由彼此电绝缘的堆叠及层压的铁磁性金属薄片封装件构成。此种金属薄片封装件降低了涡电流效应，涡电流效应将导致较强的损耗和导致轴的不良发热。所述靶通常由非磁性的隔件沿轴向间隔开。
带有靶的轴通常以包括多个不同步骤的特别方式制造。通常，首先将各个薄片模切(冲孔)成环形形状。然后，将这些薄片堆叠进封套内以形成堆叠式薄片封装件。该封套保持薄片并使薄片定心，以便将其内径研磨成紧公差而后再安装。然后，加热由环形隔件分隔开的若干个所述薄片封装件，并使其在较热时滑动到“裸”转子轴(即内轴部)上。当冷却时，薄片封装件和环形隔件收缩以与轴的中央部产生径向冷缩配合。最后，从层压的薄片封装件移除封套。
这种工序可导致所制成的转子轴出现相当大的不平衡，主要因为在冷缩配合过程中靶通常略微改变它们的形状和径向位置。因此，通常必需通过在车床(研磨或车削加工机)上对产品进行精加工而裁切出最终产品。该额外步骤耗费时间并增加最终产品的成本。
通过冷缩配合对靶进行安装导致很多附加的不利情况。冷缩配合产生作用于靶上的永久径向应力载荷。在旋转过程中，该永久静态载荷加到因离心力而引起动态载荷上。由此，最大容许旋转速度比所需的低。另一复杂情况源于以下事实：即内轴部的材料和靶的材料通常具有不同的温度系数。在操作过程中，转子轴通常发热，导致这些部件发生不同程度的膨胀。必须以将在整个操作温度范围内以及在整个旋转速度范围内的所述膨胀考虑在内的方式对冷缩配合进行设计，使得在所有操作条件下冷缩配合的总径向应力既不接近零也不会太高。这就限制了针对转子轴的不同部件的材料选择，并使得对尺寸公差的要求非常高，尤其对于小的转子更是如此。
在JP-A 01-122333中，提出了通过轴向夹紧而将靶配合在中心轴部的外周缘上的方案。但是，这种构思在实践中尚未被广泛接受，因为以此方式构造的转子轴不能容易地确保其稳定性，在以该相同方式构造的不同转子轴之间会发生大的不可预知的机械性能变化。
用于磁轴承装置的转子轴还经常设有推力盘，所述推力盘用作轴向轴承中的电磁体的靶。由于所述推力盘的存在而带来的限制条件也经常会阻碍高的旋转速度。推力盘的直径越大，在高旋转速度时盘材料上的载荷越大。因此，现有技术中存在一种趋势，也就是保持使用小的推力盘，尤其是使其比轴向轴承单元小很多。但是，这就必需得采用用于轴向轴承单元的特定形状的磁轭，磁轭沿径向朝向中心导引磁通并导引至其与推力盘之间的空气间隙。这进而增加了磁轴承装置的总长，阻碍了较小的轴向轴承的开发并提高了成本。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种转子轴，其可容易地制造并具有可再生产性能，并且其适于实现高旋转速度。
该目的通过如权利要求1所述的用于磁轴承装置的转子轴而得以实现。
本发明的另一目的是提供一种具有此种改进的转子轴的磁轴承装置。该目的通过如权利要求12所述的磁轴承装置而得以实现。
本发明的又一目的是提供一种用于制造转子轴的简单方法，从而可获得具有可再生产性能的轴。
该目的通过如权利要求13所述的方法而得以实现。
本发明的有利实施方式记述于从属权利要求中。
因此，提供一种用于磁轴承装置的转子轴，所述转子轴包括内轴部和用于电磁体的至少一个大致呈环形的靶。所述靶设置在所述内轴部的周缘上。依据本发明，以这样的方式使所述靶保持在将轴向压力施加在靶上的两个套环之间，使得所述轴向压力在所述转子轴的外周缘的附近最大。以此方式，获得了具有简化构造、更高硬度以及在高旋转速度时具有更高稳定性的转子轴。优选地，套环以使得所述轴套仅在所述靶的周缘的附近抵靠着所述靶的方式进行设计。用语“外周缘的附近”可理解成其所表示的是：在施加力的轴向位置处进行测量的、覆盖所述环形靶的径向范围的50％---优选为30％---的位于最外部分的径向范围。换言之，相对于靶的内圆周部分，将力施加到更加接近靶的外部分。
优选地，当转子轴静止时，所述轴向压力比靶和内轴部之间的任何径向力都大。换言之，靶主要由轴向力而不是径向力来保持。特别地，靶优选地不通过压配合来保持。
与采用冷缩配合的情形相对比，在靶和内轴部之间可存在间隙。在安装了靶之后，这种间隙可由合适的间隙填充材料填充。优选地，间隙填充材料选自灌封剂(pottants)、环氧树脂以及焊料。通过在间隙内放置间隙填充材料，确保了在磁轴承装置的操作过程中不平衡得以保持不变。
靶通常包括多个大致沿径向延伸的堆叠的环形薄片，例如靶可由环状层压的薄片封装件形成。通过轴向力而不是径向力保持此种封装件特别有利，因为用冷缩配合制造此种公差很小的堆叠的薄片封装件极为困难。
如果由凸部沿轴向形成抵靠着靶的套环中的至少一个，所述凸部设置在转子轴的外周缘的附近，则可容易地确保轴向力在外周缘的附近最大。优选地，凸部至少在某些部分处具有具有环形形状，并且与轴的轴线共心。在优选实施方式中，凸部为完全环形。
转子轴可包括一个或多个隔件，所述一个或多个隔件将靶与位于同一轴上的其它靶分隔开。在此情况下，用于每个靶的套环的其中之一可由隔件形成。
内轴部可具有若干个不同的部分。特别地，可具有由靶围绕的大致圆柱形部分、从圆柱形部大致沿径向延伸的轴肩、以及位于轴肩上并与轴的轴线共心的环状轴向凸部，其中所述套环的其中之一由位于轴肩上的凸部形成。
为了将靶容易地安装到轴上，内轴部有利地具有外螺纹，具有与所述外螺纹互相作用的内螺纹的螺母安装在所述外螺纹上以便施加压力。
所述套环中的至少一个和/或靶可包括用于沿径向使靶在内轴部上定心的凹部和/或凸部。替代地，靶可简单地通过位于靶的内圆周处的内轴部定中。
本发明进一步提供一种用于磁轴承装置的转子轴，所述转子轴推力盘。推力盘优选地具有以大致连续的方式沿径向朝向周缘减小的厚度。优选地，推力盘在两个轴向侧以大致对称的方式朝向周缘逐渐变薄。该厚度有利地连续减小至少25％，更优选地为至少三分之一。有利地，所述减小为逐渐减小。换言之，该厚度优选地在其范围相当于推力盘的半径的至少25％---优选为相当于推力盘的半径的至少三分之一---的环形区域中连续减小。
优选地，所述推力盘具有：具有大致均匀的第一厚度的第一区域，所述第一区域设置于所述内轴部的附近；以及具有比所述第一均匀厚度小的大致均匀的第二厚度的第二区域，所述第二区域设置于推力盘的周缘的附近。这些具有均匀厚度的区域用来设置成面对着轴向轴承单元的极靴的配置。由此简化了轴向轴承单元的构造。接着，有利地，提供位于所述第一区域和所述第二区域之间的逐渐变薄区域，其中所述逐渐变薄区域的厚度以大致连续的方式朝向所述周缘从所述第一均匀厚度减小到所述第二均匀厚度。
具有逐渐减小的厚度的推力盘可有利地与带有通过轴向夹紧而安装靶的轴组合在一起，如上所述。
本发明进一步涉及一种包括如上所述的转子轴的磁轴承装置，其包括用于与靶和/或推力盘发生磁性作用的至少一个主动磁轴承单元。特别地，磁轴承装置可包括：至少一个---通常两个---径向磁轴承单元，所述径向磁轴承单元沿轴在不同位置围绕着位于轴上的相应的靶；和/或至少一个轴向轴承单元，所述轴向轴承单元设置成沿轴向与推力盘面对的配置。
依据本发明的转子轴可通过如下步骤容易地制造：
-提供具有大致圆柱形部的内轴部、设置于所述圆柱形部的一个轴向侧部上的轴环、以及设置于所述圆柱形部的另一轴向侧部上的外螺纹；
-提供多个堆叠的环形薄片以形成靶；
-提供具有内螺纹的螺母；
-使所述多个堆叠的环形薄片滑动到所述内轴部的所述大致圆柱形部上以形成所述靶；以及
-通过所述内螺纹将所述螺母紧固到所述外螺纹上，以便以这样的方式将轴向压力施加到所述靶上，使得所述轴向压力在所述转子轴的外周缘的附近最大。
套环可与内轴环一体成形，或者可设置在安装到内轴部的部件上，例如第二螺母或附加的隔件。靶可通过堆叠单个薄片而预先制造或者或形成于内轴部上。
附图说明
结合附图中所示的示例性实施方式对本发明进行更详细的描述，所述附图为：
图1以局部剖视图示出磁轴承装置的示意性立体图；
图2示出图1中的磁轴承装置沿平面A-A的截面图；
图3示出转子的示意性立体侧视截面图；
图4示出图3中的转子的第一放大局部立体侧视截面图；
图5示出图3中的转子的第二放大局部立体侧视截面图；以及
图6示出图3中的转子的第三放大局部立体侧视截面图。
具体实施方式
图1和图2示出例如适合用于支撑承载着涡轮分子泵(TMP)的叶片的转子本体的磁轴承装置。转子轴200磁悬浮于该装置中以绕旋转轴线201旋转。为此，提供了多个磁轴承单元。一对轴向或推力轴承单元100、110与安装于轮轴状中心轴部210上的推力盘220互相作用，从而稳定转子轴200的位置以防止沿轴向发生平动位移。第一径向轴承单元80和第二径向轴承单元90稳定接近这些轴承单元的那些轴部的位置以防止发生径向位移，由此获得防止轴沿径向发生平动位移以及绕径向发生倾斜位移的稳定性。马达单元70驱动转子轴的旋转。实施为双滚珠轴承130、140的辅助性的接触(touch-down)轴承在磁轴承切断或故障的情况下使轴保持在位。替代地，也可使用其它类型的轴承，例如单滚珠轴承或滑动轴承。
提供多个传感器单元以检测轴的位移。轴向位移检测器形成于第一传感器板40上，而径向位移传感器则形成于第二传感器板50和第三传感器板60上。这些传感器检测轴沿预定方向的位移。
在图3至图6中更详细地示出转子轴200。它包括内轴部210，内轴部210用作第一靶240、第二靶260和第三靶280、第一隔件250和第二隔件270、加固螺母290、推力盘220以及远侧螺母230的承载体。
轮轴状内轴部210在其近端处具有大直径部分，该大直径部分形成圆柱形支撑表面211并具有中心钻孔212。可从图1和图2中清楚看出，支撑表面的作用为接收辅助轴承140，而钻孔的作用则为将转子本体---例如承载TMP的转子叶片的本体---安装到轴。
大直径部分的近端终止于轴肩214处。大直径部分的近侧由直径减小的长圆柱形部分邻接。靶240、260和280以及隔件250和270设置在该圆柱形部分的周缘上。圆柱形部分由第一外螺纹215邻接，第一外螺纹215的外径不超过圆柱形部分的直径，并且加固螺母290安装于第一外螺纹215上。
在进一步接近远端处，内轴部具有径向轴肩216和用于安装推力盘220的第二外螺纹217。另一径向轴肩218和第三外螺纹219的作用为安装远侧螺母230。
内轴部优选地一体成形，并且优选地由诸如奥氏体钢或铝等的非磁性金属构成。
使第一靶240滑动到内轴部210的圆柱形部分上。操作时，该靶的作用为使第一径向磁轴承单元90的磁通路线闭合。该靶由多个堆叠的、层压的、铁磁性的环形金属薄片构成，且薄片的平面沿径向延伸。
第一靶240沿径向与由诸如奥氏体钢或铝等的非磁性金属所制成的第一隔件250邻接，第一隔件250同样也已滑动到内轴部210的圆柱形部分上。设置抵靠着第一隔件250的第二靶260，接在第二靶260之后的是与第一隔件250具有相似设计的第二隔件270。第二靶260的作用为使马达单元70的磁通路线闭合。它包括多个永久磁铁266，永久磁铁266在其周缘处由环形薄壁圆周套筒265保持，所述套筒265例如由钢或碳纤维化合物制成。磁铁以公知方式与套筒结合。
设置抵靠着第二隔件270的第三靶280。该靶的作用为使第二径向轴承单元80的磁通路线闭合。因为必须由该单元承受的力通常稍微小于第一径向轴承单元90所承受的力，所以第二径向单元80和相应的第二靶280稍微小于第一单元90和第一靶240。除了该尺寸差异，第三靶280与第一靶240具有相同的设计。
加固螺母290设置于邻接第三靶280的位置。该加固螺母290具有设置于其中心通孔中的内螺纹292，所述螺母290通过内螺纹292并借助六角形紧固部分293而旋拧到内轴部210上。加固螺母的作用为将轴向压力(即夹紧力或加固力)F’施加到靶240、260和280以及隔件250和270。正是这种压力连同反作用力F使靶和隔件保持定位。换言之，至少在磁轴承装置的静止期间，轴向压力F、F’实质上比内轴部与靶和隔件之间的任何径向力都大。特别地，靶和隔件以这样的方式设置在内轴部上，即容许这些部件在内轴部上自由滑动，并且没有应用冷缩配合。
轴向压力F、F’主要沿轴的外周缘施加。为此，环状(环形)轴向凸部设置在内轴部210的大直径部分的近侧的轴肩214上、每个隔件250和270的一个轴向面上、第二靶260的周缘上、以及加固螺母290的面对第三靶280的轴向面上。这些凸部与轴的轴线共心，并且在位于轴的外周缘附近的径向区域处完全绕着轴的圆周延伸。这可从图4中最清楚地看到，在图中可清楚地看到位于隔件270的面上的凸部271，所述凸部面对第三靶280，并且在图中可看到位于加固螺母290上的相应凸部291。这些凸部用作用于沿轴向夹紧第三靶280的套环。同样地，位于其它部件上的相应凸部用作用于夹紧第一靶240和第二靶260的套环。这些凸部确保轴向压力F、F’仅仅或主要施加在外周缘处。
除了设置位于邻接靶的部件上的环形轴向凸部(或者换言之，环状凸肩)，此种凸部也可具有其它形状并且不需要以不间断方式绕着轴的圆周延伸。举例而言，通过沿相应部件的圆周设置均匀分布的多个小的轴向凸部，可实现相似的稳定效果。除了设有分离的凸部，相应部件也可朝向中心平滑地逐渐变薄。重要的是轴向力主要施加在轴的周缘附近。
第一靶240和第三靶280以及隔件相对于其相应内径处的内轴部定心。相比之下，用于马达单元的第二靶260通过分别设置在靶和隔件250、270上的凸部和凹部定心，如同从图5中所能最清楚地看到。隔件250在接近其周缘处设有环状凹部252。靶260具有相应的环状凸部262，凸部262沿轴向伸入凹部252内并进一步沿轴向突出而超过凹部252的深度。隔件270同样也设有凹部272，并且靶260设有相应的第二凸部263。以此方式，靶260可相对于隔件250定心，而同时确保了隔件250和靶260之间的任何轴向力均施加在靶的周缘附近。靶有效地定心，即使靶260的内径存在较大制造公差也是如此。
通过轴向夹紧方式来安装靶具有许多优点，以下列举出其中一些：
-因为周缘部件(靶、隔件)并未承受因冷缩配合而引起的径向应力所导致的预载荷，所以可比以传统方式构造的相同尺寸的轴获得更高的旋转速度(旋转频率)。
-因为用于使周缘部件保持定位的力沿轴向作用，所以有效的保持(夹紧)力实际上与旋转速度无关。
-靶可具有比冷缩配合所要求的公差大的公差。
-内轴部起到弹性连接杆的作用，即起到关于轴向压力的轴向弹簧的作用。因温度系数不同而会发生变化的力主要沿轴向而非径向作用。这些力可由于内轴部的弹性膨胀而部分地抵消。相比之下，在现有技术中，此种温度力主要沿径向作用，并且将主要由已承受预载荷并在高旋转速度下承受相当大的动态载荷的周缘部件来承载。
-由于轴向压力施加在轴的外周缘附近，所以整个轴构造的硬度比采用冷缩配合的传统轴和比以限定得较不明确的方式施加轴向力的轴均提高了很多。提高的硬度使得弯曲的本征频率更高，并因此而使得控制更加容易进行。
-因为辅助轴承可容易地安装和拆卸，所以它们可沿转子轴设置于几乎任意位置，即使它们的直径比其它的靶元件的直径小也是如此。
-在单独转子部件发生故障的情况下，可容易地对转子进行修理，例如通过更换安装于轴上的单个靶或隔件或辅助轴承。
-因为在组装后不需要进行额外的精加工/车削步骤，所以简化了轴的安装过程。
在一些情况下，轴的简化构造会引起一定程度的不平衡，这可归咎于靶的未完全定心，尤其是当没有进行额外的精加工步骤时。该不平衡与附接到轴的转子本体所引起的不平衡---例如TMP示例中的泵叶片的不平衡---相比，经常是可忽略的。大的不平衡需要更大的轴承内空气间隙，从而需要更大的轴承电流。因此，此种不平衡会成为重要问题，尤其对于小的轴承装置而言更是如此，在小的轴承装置中，可获得的轴承电流会受到轴承线圈可利用空间的限制。
在图1和图2的示例中，径向轴承70、90的改进构造容许存在大的不平衡。这些轴承构造为异极轴承，其仅具有用于四个绕组的四个极靴，即每个极靴承载两个绕组的磁通，一个用于x径向和一个用于y径向。这就使得与传统的具有四个绕组的八极轴承相比，每个绕组的截面增大了很多。由于磁通增大，所以对于获得相同的轴承力来说，能够增大空气间隙，因此能够适应即便其不平衡性增大的转子。
有利地，绕组可按2004年6月8日提交的欧洲专利申请案第04405354.4号中所述的方式---尤其是按如其中的图7所示的方式---连接到它们的驱动放大器。换言之，四个绕组可连接到共同的中性点。用于+x和-x方向的两个绕组将接收总量恒定的正电流，两个电流沿同一方向流向中性点。然后，用于+y和-y方向的另外两个绕组将依据中性点的状态带走总量相同的电流。上述情况可通过以下方式实现：在H桥型放大器的端口之间串联连接+x和+y绕组；在另一H桥型放大器的端口之间类似地串联连接-x和-y绕组；以及通过将+x和+y绕组之间的共接点与-x和-y绕组之间的共接点连接在一起从而形成中性点(共同节点)。通过改变+x和+y绕组之间和-x和-y绕组之间的电流分配，同时保持电流总量(其等于各绕组的偏置电流的两倍)恒定，便可实现控制。在图1和图2的配置中，因为实际上穿过各对相反极靴的磁通总量通常完全相同，并且因为线圈和控制器之间的连接数量是传统H桥型放大器的一半，所以上述连接电路特别适用。
图6示出轴的局部图，图中突出显示推力盘220。推力盘通过与内轴部210的外螺纹217互相作用的内螺纹226而安装到内轴部210。所述推力盘沿轴向抵靠着径向轴肩216，径向轴肩216用作所述盘旋拧到内轴部上时的止挡件。位于该盘的一个轴向面上的环状轴向凸部224紧密围绕内轴部以更好地稳定该盘。第二环状轴向凸部225用作在图1和图2中可看到的辅助轴承130的止挡件，以使该轴承承受轴向力。在该盘的盘面设置孔227以将盘紧固到内轴部。
除了凸部，该盘在到达第一半径R1处的内范围内具有均匀厚度d1。然后，该厚度在逐渐变薄的区域--即位于在半径R1和半径R2之间延伸的范围内的区域--中持续地减小到值d2。在位于周缘的附近的第三环形区域内，厚度再次均匀一致。如从图1和图2中清楚看出，环形极靴设置在面对厚度均匀区域的轴向轴承单元中。因为极靴面对厚度均匀区域，所以这些极靴的构造得以简化。
这种构造使得能够在不增加推力盘的质量的情况下针对预定的最大旋转频率设置更大的推力盘。具有这种构造的推力盘具有优良的稳定性。因为不需要磁轭以进行额外地向内导引磁通，所以可按更加简单的方式构造轴向轴承单元。在该示例中，因为采用了径向直径相对较大的轴承单元，所以其厚度沿径向减小的推力盘同样具有有利之处。因而，同样也采用具有相对较大直径的轴向轴承成为可行之举---所述大直径轴承的使用必需使用相对较大直径的推力盘。
通过此种推力盘可获得的磁力实际上不比具有相同直径和均匀厚度d1的盘所获得的磁力小。由于外磁极处的空气间隙的圆周较大，所以位于轴向轴承的外磁极处的总磁性截面面积与内磁极处的大概相等。磁性截面限定为磁通线穿过其延伸的垂直于磁通的区域。在该示例中，在推力盘的延伸在轴向轴承单元的极靴之间的逐渐变薄区域中，磁性截面近似垂直于径向方向。因此，磁性截面面积将由该区域内的圆周和厚度的乘积近似给定。特别地，这使得能够使用以下经验法则以便有利地选择出作为半径的函数的厚度：截面面积---即厚度和圆周的乘积进而厚度和半径的乘积---应该在厚度减小的整个逐渐变薄的区域内近似恒定。尽管这种准则将使厚度相对于半径成双曲线关系，但通常出于容易制造的原因，优选地，选用与双曲线性减小相近似的线性下降。出于相同的原因，厚度均匀的外部区域(R2和盘半径R之间)所延伸的径向范围比到达半径R1处的厚度均匀的内部区域所延伸的径向范围小。
在该示例中，该厚度以对称方式减小，即盘的两侧具有相同的倾斜角。但是，取决于轴向轴承单元的构造，上述对称方式为非必要，特别地，可设想得到所述盘仅有一个面逐渐变薄。
厚度减小的径向范围相对较大并且所述盘的逐渐变薄部的倾斜角相对较小。这种设计方案相当有利，原因为该方案使得磁通能够平滑分布并且符合上述关于磁性截面的考虑。优选地，厚度减小的径向范围为总半径的至少约四分之一。在该示例中，该范围延伸超过总半径的约三分之一。精确的值将主要取决于轴向轴承单元的构造，特别是取决于其极靴之间的径向距离。同样地，盘在周缘处的厚度优选地减小为盘的内区域处的厚度的至少约四分之一，更优选地为盘的内区域的厚度的至少约三分之一。
在轴的远端处，远侧螺母230以与推力盘220相似的方式安装，即通过位于内轴部上的外螺纹219、位于螺母中的内螺纹234、用作螺母沿轴向抵靠到其上的止挡件的轴肩218、沿轴向延伸超出止挡件并部分地包绕内轴部210的环状凸部，并且借助六角形部分233进行安装。该远侧螺母用作轴向位移传感器--优选地为涡电流类型--的目标元件(target)，以及用作诸如脉冲传感器或分解器等的旋转传感器的目标元件。为此，该螺母通常不是旋转对称螺母，如可从图6中清楚看出。
轴承单元以及传感器板由壳体10包绕。来自传感器的信号馈送到设置于壳体10外的控制单元(在图1中未示出)。在控制单元中，从这些信号导出用于轴承单元的合适的控制电压或电流，并且将所述合适的控制电压或电流从控制单元馈送到轴承单元。
为了在控制单元和磁轴承装置之间馈送信号和电流，设置穿过壳体10的壳壁的电馈通元件30。馈通元件30包括大致垂直于壳体10的纵向轴线(即垂直于旋转轴线)延伸的印刷电路板(PCB)31。该板延伸而横向穿过壳体10的壳壁，并全面沿着壳体的内圆周切分壳壁，即其将壳体分成两部分。所述板沿其延伸的横截面与旋转轴线垂直。馈通元件的细节公开于2005年8月24日提交的欧洲专利申请第05 405 492.9号中，其全部内容以参照方式并入本文中以教示一种改进的电气真空馈通元件。
径向位移传感器优选地为WO-A-2004/048883中所公开的类型。此种多轴式径向位移传感器包括绕轴放置的主感应元件、以及多个设置于该主感应元件附近的次感应元件。通过向主感应元件提供时变电流并且检测次元件中的感应电压，可确定轴的位移。所有感应元件可容易地实施为位于单个共同的印刷电路板上的印刷线圈。由此获得一种高效而又非常简单的径向位移传感器。特别地，第二传感器板50和第三传感器板60中的每一个均优选地在其导电(通路)层内配置此种多轴式径向位移传感器。
在第一传感器板的导电层中同样可配置轴向位移传感器。此种传感器可为传统的单线圈或多线圈式涡电流传感器类型，其确定第一传感器板和位于轴200端部处的远侧螺母230上的径向凸缘231之间的距离。替代地，轴向位移传感器可为2005年1月11日提交的欧洲专利申请第05405009.1号中所公开的类型。此种轴向位移传感器包括两个共心的并大致共面的线圈，这两个线圈被供给频率相同但却反相(相反的绕旋转轴线的方向)的AC电流。由此，传感器的敏感区大致局限于这些线圈之间的区域，并且极大地减少了干扰。
旋转传感器也可配置于第一传感器板的导电层内，例如按上文所参照的欧洲专利申请第05405009.1号中所述的方式。此种多轴式径向位移传感器在其结构方面与上述的多轴式径向位移传感器相似，即其包括绕轴放置的主感应元件、以及多个设置于该主感应元件附近的其它感应元件。特别地，主感应元件绕着位于轴200端部处的螺母230的一部分放置，该部分不是旋转对称，而是具有至少一个缺口或凹槽。通过向主感应元件提供时变电流，尤其是高频AC电流，并且检测次元件中的感应电压，可确定转子的旋转状态。同样，感应元件可容易地实施为第一传感器板的导电层中的印刷线圈。特别地，主感应元件可与轴向位移传感器的线圈之一相同，从而进一步使结构简化。
在替代性实施方式中，径向位移传感器之一可与轴向位移传感器设置于轴向轴承100、110的同一侧上，并且这些传感器甚至可组合在单一的多检测单元内，例如WO 2005/026557中所述。
所有印刷电路板(传感器板40、50、60以及馈通元件30的PCB)具有用于容纳转子轴的共心开口。特别地，馈通元件30的板31具有直径比推力盘220的直径大的开口。以此方式，磁轴承装置可容易地组装，并且当证实必需维修的情况下可容易地接近转子。
如果在转子轴承载多个泵叶片的真空泵中、尤其是涡轮分子真空泵中包括有依据本发明的磁轴承装置时，则依据本发明的磁轴承装置就特别有益。一种不同的应用为当本发明的磁轴承装置用于例如空调内时，可用于气体压缩机的涡轮泵。但是，应该理解，本发明并不局限于这些应用。
附图标记清单
1磁轴承装置              2控制单元
10壳体                   11主体
12凸缘                   13圆形沟槽
14盖                     20盖
21螺钉                   23圆形沟槽
30电馈通元件             31印刷电路板
32连接装置               40第一传感器板
50第二传感器板           60第三传感器板
70马达单元               80第一径向轴承单元
90第二径向轴承单元       100第一轴向轴承单元
110第二轴向轴承单元      130第一辅助轴承
140第二辅助轴承          200转子轴
201转子轴线              210内轴部
211第一支撑表面          212钻孔
214第一轴环              215第一外螺纹
216第二轴                217第二外螺纹
218第三轴                219第三外螺纹
220推力盘                221内(直)部
222中间(逐渐变薄)部      223外(直)部
224定心部                225螺母部
226内螺纹                227孔
230螺母      231径向凸缘
232定心部    233螺母部
234内螺纹    240第一靶
250第一隔件  252部
260第二靶    262凸部
263凸部      265封套
266永久磁铁  270第二隔件
271凸部      272凹部
280第三靶    290固螺母
291凸部      292内螺纹
293螺母部

Claims (13)

1.一种用于磁轴承装置(1)的转子轴(200)，所述转子轴(200)包括内轴部(210)和用于电磁体的至少一个大致呈环形的靶(240；260；280)，所述靶(240；260；280)设置在所述内轴部(210)的周缘上，其特征在于，以这样的方式使所述靶(240；260；280)保持在将轴向压力(F，F’)施加在所述靶(240；260；280)上的两个套环之间，使得所述轴向压力(F，F’)在所述转子轴(200)的外周缘的附近最大。
2.如权利要求1所述的转子轴，其中，当所述转子轴(200)静止时，所述轴向压力(F，F’)比所述靶(240；260；280)和所述内轴部(210)之间的任何径向力都大。
3.如权利要求1或2所述的转子轴，其中，所述靶(240；260；280)包括多个大体沿径向延伸的堆叠的环形薄片。
4.如前述权利要求中任一项所述的转子轴，其中，在所述靶(240；260；280)和所述内轴部(210)之间存在间隙，并且，在所述间隙中放置有间隙填充材料。
5.如前述权利要求中任一项所述的转子轴，其中，所述套环中的至少一个由设置于所述转子轴(200)的所述外周缘的附近并且沿轴向朝向所述靶(240；260；280)突出的环形凸部(271，291)形成。
6.如前述权利要求中任一项所述的转子轴，其中，所述转子轴(200)包括将所述靶(240；260；280)与另一靶分隔开的隔件(250；270)，并且，所述套环的其中之一由所述隔件(250；270)形成。
7.如前述权利要求中任一项所述的转子轴，其中，所述内轴部(210)具有由所述靶围绕的大致圆柱形部、大致沿径向从所述圆柱形部延伸的轴肩(214)、以及设置于所述轴肩上并沿轴向突出的环形凸部，并且，所述套环的其中之一由所述环形凸部(214)形成。
8.如前述权利要求中任一项所述的转子轴，其中，所述内轴部(210)具有外螺纹(215)，并且，具有与所述外螺纹(215)互相作用的内螺纹(292)的螺母(290)安装到所述内轴部(210)上以便施加所述轴向压力(F，F’)。
9.如前述权利要求中任一项所述的转子轴，其中，所述套环(271；291)中的至少一个和/或所述靶(240；260；280)包括用于使所述靶(240；260；280)沿径向定心的凹部和/或凸部。
10.一种用于磁轴承装置(1)的转子轴(200)，尤其是如权利要求1至9中任一项所述的转子轴，所述转子轴(200)包括具有外周缘的推力盘(220)，其特征在于，所述推力盘(220)具有外周缘并且所述推力盘的厚度以大致连续的方式朝向所述周缘沿径向减小。
11.如权利要求10所述的转子轴，其中，所述推力盘(220)具有：具有大致均匀的第一厚度(d1)的第一区域，所述第一区域设置于所述内轴部(210)附近；以及具有比所述第一均匀厚度(d1)小的大致均匀的第二厚度(d2)的第二区域，所述第二区域设置于所述推力盘(220)的周缘的附近；以及位于所述第一区域和所述第二区域之间的逐渐变薄区域，其中所述逐渐变薄区域的厚度以大致连续的方式朝向所述周缘从所述第一均匀厚度(d1)减小到所述第二均匀厚度(d2)。
12.一种磁轴承装置(1)，其包括如权利要求1至11中任一项所述的转子轴(200)，并包括至少一个主动磁轴承单元(80；90)。
13.一种用于制造如权利要求1至11中任一项所述的转子轴(200)的方法，其包括如下步骤：
-提供具有大致圆柱形部的内轴部(210)、设置于所述圆柱形部的一个轴向侧部上的轴环(214)、以及设置于所述圆柱形部的另一轴向侧部上的外螺纹(215)；
-提供多个堆叠的环形薄片以形成靶(240；260；280)；
-提供具有内螺纹(292)的螺母(290)；
-使所述多个堆叠的环形薄片滑动到所述内轴部的所述大致圆柱形部以形成所述靶(240；260；280)；以及
-将带有内螺纹(292)的所述螺母(290)紧固到所述外螺纹(215)上，以便以这样的方式将轴向压力(F，F’)施加到所述靶(240；260；280)上，使得所述轴向压力(F，F’)在所述转子轴(200)的外周缘的附近最大。
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