CN106133353B - 轴装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轴装置，具有机架（4；34；74）和能够转动地支承在机架（4；34；74）处的轴（5；35；55；65；75）以及具有支承机构（2、3；36、37；72、73），所述支承机构构造用于相对于机架（4；34；74）来转动支承所述轴（5；35；55；65；75），其中，支承机构（2、3；36、37；72、73）包括永磁体装置（8、9；78、79）和超导体（10、11；89），其构造用于在轴（5；35；55；65；75）和机架（4；34；74）之间无触碰地、磁场支持地传递支承力。根据本发明设置成，支承机构（2、3；36、37；72、73）构造为用于轴（5；35；55；65；75）的径向支承件。

Description

轴装置

技术领域

本发明涉及轴装置，具有机架和可运动地支承在机架处的轴以及具有支承机构，所述支承机构构造用于相对于机架来转动支承所述轴，其中，支承机构包括永磁体装置和超导体，其构造用于在轴和机架之间无触碰地、磁场支持地传递支承力。

背景技术

由文件WO 2012/019919 A1已知用于旋转地支承机器元件的超导性的磁体支承件。磁体支承件包括定子，所述定子由超导性的材料形成。此外，设置有相对于定子能够旋转的转子，所述转子同样由超导性的材料制造而成。定子和转子共同布置在壳体中，所述壳体构造用于调节定子和转子的温度，从而其能够作为超导性的材料在其转变温度之下来运行。此外，设置有能够抗扭转地安置在机器元件处的联接元件，所述联接元件在壳体之外与转子同轴地布置并且所述联接元件抗扭转地与转子磁地耦联。

发明内容

本发明的任务在于，提供如下的轴装置，利用所述轴装置能够开拓出用于能够转动地支承的轴的大量不同的应用领域。

所述任务对于开头提及的类型的轴装置而言利用本发明解决，在此设置成，支承机构构造为用于轴的径向支承件。与此相应地，相对于由现有技术已知的用于能够转动地支承的轴的轴向支承件而言，尤其在这样支承的轴的实用的可用性方面开拓了大量新的应用可行性。根据本发明，轴的径向的端部区域是自由地可到达的，因为不需要轴向对置地布置的支承机构。由此，例如能够实现侧向上地输送待偏转的材料轨道、如例如物料、纸或薄膜轨道。此外能够设置成，轴沿着其旋转轴线也在端部区域旁边来支承，从而细长的轴也能够（其关于其长度能够具有小的横截面和因此小的弯曲强度）通过合适地布置相应的支承机构甚至在较大的力横向于旋转轴线作用的情况下也基本上保持形状稳定。因此，根据本发明的轴装置还适用于使用在如下的装置中，在其中以高的速度进行柔韧的材料轨道的运输，因为基于径向的支承和用于沿着旋转轴线来多重支撑轴的可行性而能够选取小的轴直径，从而相应的轴具有小的惯性，这对于大量加工过程而言是有利的。

适宜的是，永磁体装置安置在轴处并且超导体安置在机架处。尤其当轴装置应该使用在如下的周围环境中（在其中温度在超导体的转变温度附近存在、例如在20至40摄氏度的范围中的通常的室温）时，那么这是有利的。在这种情况中，为了实现和保持用于超导体的超导性的效果，需要冷却超导体，所述冷却能够例如借助于液化的气体、尤其液化的氮，和/或通过使用尤其构造为斯特林马达的冷却机构来实现。无关于选取的冷却方法有利的是，在静止的机架处保证超导体的冷却（至少只要没有已知其转变温度处在大于250开尔文的范围中的超导性的材料的话）。

在本发明的一种备选的实施方式中，设置有轴的或轴的部分区域的无接触的冷却，从而支承机构的超导体安置在旋转的轴处。在轴的足够大的直径的情况下，如有可能还能够设置冷却机构到轴中的集成。

优选地设置成，轴构造为偏转机构用于将柔韧的材料轨道从第一运输方向偏转到第二运输方向中。轴能够例如作为偏转件使用在用于纸的处理机、尤其印刷机或纺织处理机、尤其用于浸渍物料的机器中。轴能够用于将由物料、纸、或薄膜形成的柔韧的材料轨道从第一运输方向偏转到第二运输方向中。在此有利的是，轴基于无触碰的、磁场支持的、支承力的力传递而无摩擦地得到支承并且因此没有不期望的制动力施加到待偏转的柔韧的材料轨道上。

在本发明的一种有利的改进方案中设置成，为所述轴分配至少两个沿着转动轴线间隔开地、尤其在轴的彼此相反的端部区域处布置的支承机构。通过所述至少两个支承机构间隔开，到轴上的横向力（所述横向力法向于转动轴线来作用）能够以合适的方式通过支承机构导出到机架中。为了以小的数量的支承机构来保证轴相对于横向力的高的负荷能力，所述支承机构能够布置在轴的彼此相反的端部区域处。补充性地或备选地能够设置成，至少一个支承机构布置在轴的端部区域旁边，例如用以减少或阻止轴基于其在细长的外形的情况下的自重和/或巨大的横向力而引起的弯曲。

一种特殊情况形成如下的支承机构，其至少几乎、尤其刚好沿着轴延伸并且因此保证了在轴的整个长度上完全地支撑轴。在这种情况中有利的是，整个轴构造为尤其由永磁的材料制成的永磁体装置。

优选地设置成，为所述机架分配调节器件、尤其电的或流体的调节驱动器用于调整支承机构相对于机架的位置。借助于这种调节器件例如能够应用特定化地调整转动轴线的位置。特别有利的是，设置有如下的传感器器件，借助于所述传感器器件能够确定转动轴线的空间上的位置，用以在中间接入合适的控制机构的情况下执行转动轴线的空间上的位置的调节。特别有利的是，为支承机构中的每个分配至少一个单独的调节驱动器，用以使得轴的空间上的位置能够沿着至少一个空间方向或在由两个相对彼此垂直的空间方向确定的运动平面中或在由三个相对彼此垂直的空间方向确定的运动空间中在很大程度上地调整。

在本发明的一种有利的改进方案中设置成，为所述超导体分配磁体线圈装置和用于控制用于磁体线圈装置的线圈电流的控制机构以用于影响在超导体和永磁体装置之间的磁的相互作用。借助于磁体线圈装置能够示例性地取决于由控制机构提供的线圈电流来产生磁场，所述磁场关于永磁体装置的磁场具有能够预设的取向并且所述磁场实现对轴的空间上的位置的影响，而不要求影响超导体。此外，由磁体线圈装置能够提供的磁场能够例如用于暂时地减弱在永磁体装置和超导体之间的磁的相互作用，用以例如实现轴从超导体的影响范围中移除。

有利的是，为所述控制机构分配用于求得轴的空间上的位置的传感器器件，用以实现调整、尤其调节在超导体和永磁体装置之间的间距。传感器器件能够例如构造为光学的测量机构用于无接触地求得在轴和机架之间的间距。备选地，传感器器件还能够构造用于无触碰地感应地或电容式地测量在轴和机架之间的间距。

在本发明的另一设计方案中设置成，磁体线圈装置由超导性的材料制造而成。优选地，磁体线圈装置热地与用于超导体的冷却机构耦联并且能够因此以与超导体相同的方式在所述磁体线圈装置的转变温度之下来运行，从而能够为磁体线圈装置保证至少几乎无损耗的运行方式。

适宜的是，在轴的至少一个轴向的端部区域处布置有磁体联接器，所述磁体联接器构造用于将驱动力矩从驱动器件无触碰地传递到轴上。由此轴能够以机轴（Welle）的类型用于提供转矩。备选地能够设置成，轴装备有径向磁化的永磁体装置并且从外部借助于合适的磁体线圈作用有（aufprägen）磁的行波场，从而借此实现到轴上的无接触的转矩耦合。

被驱动的轴例如能够用作用于运输柔韧的材料轨道的驱动机轴。备选地，这样构造的轴能够沿着其转动轴线设有螺旋形的凹处或突起部，用以例如实现以螺旋运输机的类型的流体的运输，只要轴容纳在合适的横截面中。

为此，有利的是，机架布置在第一空间体积中并且轴布置在第二空间体积中，其中，第二空间体积利用封闭的壳体与第一空间体积分离。通过轴装置的这种设计方案，能够例如在封闭的壳体中进行柔韧的材料轨道的偏转，而为此不需要与壳体的周围环境接触。这种轴装置能够例如用于处理在化学的反应器中的柔韧的材料轨道，在所述反应器中必须运输灵活的材料轨道，用以能够以合适的方式与反应气体或反应液体进入接触。为此，封闭的化学的反应器能够设有多个这种轴装置，其中至少一个还设有无触碰地工作的驱动机构，用以能够促使灵活的材料轨道的期望的运动。

在本发明的一种有利的改进方案中设置成，支承机构构造用于轴横向于转动轴线进行平移运动。由此，轴能够除了围绕其转动轴线旋转之外还实施横向于转动轴线的平移运动。由此能够例如在使用用于偏转灵活的材料轨道的轴的情况下，实行调整材料轨道相对于加工机器的另外的构件的角度，所述加工机器构造用于产生或加工材料轨道。

附图说明

本发明的有利的实施方式在附图中示出。在此：

图1示出了具有两个径向的支承机构的轴装置的第一实施方式，所述支承机构在端部侧布置在轴处，

图2示出了具有两个径向的支承机构的轴装置的第二实施方式，所述支承机构布置成与轴的端部区域间隔开并且所述支承机构沿着空间方向可运动地布置在机架处，

图3示出了轴装置的第三实施方式，在其中设置有用于无接触地将转矩耦合到轴上的驱动机构，

图4示出了轴的第一实施方式，

图5示出了轴的第二实施方式，以及

图6示出了轴装置的第四实施方式，在其中设置有用于无接触地将转动和平移运动耦合到轴上的驱动机构。

具体实施方式

在图1中示出的轴装置1示例性地包括两个支承机构2、3，所述支承机构2、3相对于示意性地示出的机架4处于位置固定的关系中。支承机构2、3设置用于使得轴5无接触地围绕转动轴线6可转动运动地来支承。这种轴5能够例如设置用于偏转没有示出的柔韧的材料轨道，所述材料轨道从第一、切向上贴靠在示例性地构造有圆形的横截面的轴5的表面7处的第一运输方向被偏转到同样切向上贴靠在表面7处的并且与第一运输方向不同的第二运输方向中。优选地，这两个运输方向法向于转动轴线6来取向，同样能够倾斜地偏转灵活的材料轨道，在其中这两个运输方向分别以一致的且相对彼此互补的、可预设的角度相对于转动轴线6来取向。

为了无接触地转动支承轴5，在轴装置1中设置成，支承机构2、3分别在端部侧布置在轴5处。支承机构2、3中的每个包括永磁体装置8、9以及分别配属于相应的永磁体装置8、9的超导体10、11。在此，利用概念“超导体”来描述如下的装置，所述装置在支承机构2的情况中示例性地包括构造成杯形的冷却体12、与冷却体12处于热的耦联的、尤其构造为斯特林马达的、能够电地运行的冷却机构15以及布置在冷却体12的敞开的边缘处的封闭盖16。示例性地构造成盘形的封闭盖16包括由超导性的材料制成的环17，在其中央中布置有用于密封由冷却体12和由封闭盖16确定的空间体积的覆盖盘18。

支承机构3基本上具有与支承机构2相同的结构，然而区别在于，在利用19表示的覆盖盘中容纳有线圈装置20，所述线圈装置20优选地构造为环线圈并且所述线圈装置20与控制机构21电连接。线圈装置20构造用于提供横向于转动轴线6取向的磁场，所述磁场能够使用用于，影响在超导性的环17和永磁体装置9之间的磁的相互作用。

示例性地设置成，永磁体装置8和9分别构造成同类的并且示例性地构造为分别三个径向磁化的环磁体22、23、24的彼此串联（Aneinanderreihung）。在此，分别相邻地布置的环磁体22、23、24相对彼此反向地来磁化，从而环磁体22和24示例性地具有处于径向外部的北极，而环磁体23示例性地具有处于径向外部的南极。

为了实现轴5相对于超导体10、11的无触碰的、磁场支持的支承，能够首先设置成，使得轴5在如下的时间点通过没有示出的定位器件被置于相对于超导体10、11的期望的位置中，在所述时间点超导性的环17没有被冷却到其转变温度之下。在接下来的步骤中，激活冷却机构15，用以实现将相应的超导性的环17冷却到相应的转变温度之下并且由此将从相应的永磁体装置8、9出发的磁的场在一定程度上储存在相应的超导性的环17中。一旦冷却机构15已经将相应的超导性的环17冷却直到转变温度之下，则能够移除没有示出的定位器件。从该时间点起，在保持超导性的环17冷却在其转变温度之下的情况下，在相应的永磁体装置8、9和相应的超导性的环17之间的无触碰的、磁的耦联得到保证。

借助于线圈装置20（其构造在第二支承机构3中）能够通过提供由控制机构21而引起的线圈电流来提供附加的磁场，借助于所述磁场能够施加相对于永磁体装置9的吸引力或排斥力，用以影响轴5尤其沿着横向于转动轴线6取向的空间方向相对于支承机构3的空间上的位置。

示例性地能够在轴5的端部区段处布置有光学的镜25，所述光学的镜25为传感器器件26的部件，所述传感器器件26能够使用用于确定转动轴线6的空间上的位置。传感器器件26示例性地包括构造为激光二极管的光源27以及二极管矩阵28，所述二极管矩阵28构造用于接收由光源27发出的并且在镜25处反射的光束。在合适地校准传感器器件26的情况下，光源27的光束取决于转动轴线6的空间上的位置来撞击到二极管矩阵28的不同的感光的单元上，其中，由关于在二极管矩阵上的撞击点的信息，能够在控制机构21中使用预设的计算算法的条件下来实行转动轴线6的位置确定。在接下来的步骤中，能够通过合适地操控线圈装置20来实行修正转动轴线6的空间上的位置。优选地，控制机构21和传感器器件26构造用于调节转动轴线6的空间上的位置。

根据图2的轴装置31（在其中对于功能相同的构件而言使用与在图1的情况下相同的附图标记）与根据图1的轴装置1的区别在于，永磁体装置8、9布置在轴35的端部区域32、33旁边。示例性地设置成，这两个支承机构36、37以由图1已知的支承机构3的类型来构造，也就是说其也分别具有线圈装置20和配属的控制机构21，其中，工作方式与支承机构3的工作方式是一致的。附加地，这两个支承机构36、37相对于机架34能够移位地来支承，用以实现沿着转动轴线6来轴向调整轴35的位置。为此，示例性地设置有电的线性驱动机构38，其与支承机构37的控制机构21电连接。为了转动轴线6的协调的取向，支承机构36、37的两个控制机构21电地与彼此连接。转动轴线6的取向能够以与在轴装置1中那样相同的方式通过合适的传感器器件来设置。备选地，能够例如设置，能够借助于轴35偏转的、没有示出的灵活的材料轨道的行为利用合适的传感器来监视并且由此轴35的空间上的位置的结论被得出并且轴的空间上的位置取决于所述传感器的传感器信号来进行调节。补充性地，在根据图2的实施方式中，设置整个轴装置31借助于线性驱动机构38沿着转动轴线6的线性的移位。

在图3中示出的、轴装置41的实施方式示例性地涉及根据图2的轴装置31的一种改进方案。区别于根据图2的轴装置31，在轴装置41中示例性地在左边的端部区域31处设置有联接机构42，所述联接机构42构造用于利用驱动马达43进行无触碰地转矩耦联。示例性地，联接机构42实施为涡流联接器并且包括配属于轴35的盘44，在所述盘44中圆周形地环绕地布置有永磁体45。在此，永磁体45的磁化如下来取向，使得所述永磁体提供沿着合适的方向、示例性地径向地或轴向地相对于转动轴线6伸延的场线。在驱动马达43的驱动轴46处布置有由导电的、非铁磁的材料制成的涡流盘47，在所述涡流盘47中，在相对于盘44相对运动时通过永磁体45诱发如下的涡流，所述涡流引起力反馈到盘44上并且因此实现转矩从驱动马达43无接触地传递到轴35上。转动运动的另一示例性的耦合能够借助于由两个或更多线圈产生的转动场来进行，所述转动场作用于配属于轴35的盘44，从而能够省去驱动马达43、驱动轴46和涡流盘47。

在图4和5中示出了不同地绘制的轴的剖面，其设置用于对材料施加影响。在图4中示出的轴55的情况中（其局部地构造为具有面向彼此的逐渐变细的区域的双锥体），带或线例如能够被偏转，其中，基于双锥形的轮廓保证了带或线相对于轴55的自身定心。在图5中示出的轴65的情况中，表面67的轮廓设置有轮廓元件66，所述轮廓元件66根据图5的图示构造为凹口，然而也能够以没有示出的方式实施为突起部。优选地，设置所述轮廓元件66与没有示出的另一轴的相对应的、尤其相应地相反成形的轮廓元件的相互作用。所述另一轴优选地平行于轴65取向并且能够可选地利用传统的支承件或利用根据本发明的支承机构能够转动地来支承。在将材料输送到这两个轴之间时，能够例如尤其通过冲压、穿孔、压延、印刷来引起材料轨道的表面变化。备选地，固态的或粉末形的材料能够在经过由这两个轴确定的工作间隙时被磨碎、混合、配量、调温或以其它方式被影响。

在本发明的一种没有示出的实施方式中，在中央在轴处布置有支承机构，从而轴的无触碰的、磁场支持的支承已经利用唯一的支承机构实现。在本发明的另一没有示出的实施方式中，支承机构基本上在轴的整个长度上延伸，从而保证特别稳定地支承轴。

在本发明的另一没有示出的实施方式中，沿着至少两个相对彼此垂直的空间方向能够运动到支承机构中，从而浮动地支承的轴能够至少沿着这两个空间方向运动。假如附加地，借助于合适的线圈装置能够进行影响在永磁体装置和超导体之间的间距，则轴能够沿着三个相对彼此垂直的空间方向在其位置方面进行调整。

在上面提及的实施方式的一种改进方案中，为了提供用于轴的叠加的转动运动和平移运动，设置轴装置71的在图6中示出的实施方式。在此，轴装置71具有两个布置成与彼此间隔开的支承机构72、73，所述支承机构72、73固定在共同的机架74处或分离的机架处。

轴75在永磁体装置78和79方面具有与在图1中示出的轴5相同的结构。此外，轴75示例性地在中间的区域中包括另一永磁体装置84，所述永磁体装置84包括径向磁化的永磁体85、86，所述永磁体85、86分别以交替的极性布置在轴75处。

支承机构72和73分别包括成排的超导体模块87，所述超导体模块87示例性地分别具有方形的基面。优选地构造成一致的超导体模块87中的每个包括箱形的冷却体88，所述冷却体88的上侧面由两个由超导性的材料制成的板条89和布置在中央的封闭盖90的组合来形成。在封闭盖90中容纳有线圈91，所述线圈91以相同的方式用于针对轴75进行间距调节，如这在图1中示出的支承机构2和3中为这样的情况。

冷却体88包围没有示出的空心空间，所述空心空间与同样没有示出的冷却机构热连接，用以实现源自空心空间的热量导出并且由此使得这两个由超导性的材料制成的板条89能够在其转变温度之下来运行。

通过超导体模块87的彼此串联形成了用于轴75的运动轨道，沿着所述运动轨道在每个位置处在永磁体装置78、79和由超导性的材料制成的板条89之间保证了磁的相互作用，用以使得在轴75和超导体模块87之间维持可预设的间距。轴75必须能够线性移位，用以进行反应，这应该如下来实现：

为了能够促使用于轴75的叠加的转动运动和平移运动，平行于这两排超导体模块87设置有驱动线圈92的彼此串联，所述驱动线圈92与控制机构93单独地电连接。为了示意性地示出在线圈91和控制机构93之间的单独的电的连接，示出了端口94，其中，出于简化原因，在控制机构93处示出了仅仅一个端口94。为了示意性地示出在驱动线圈92和控制机构93之间的单独的电的连接，示出了端口95，其中，出于简化原因在控制机构93处示出了仅仅一个端口95。

示例性地，驱动线圈92以及同样与控制机构93电连接的线圈91为卷绕的线材线圈，所述线材线圈的圈布置成基本上平行于图6的图纸平面。

在此能够设置成，线圈91由传统的材料如漆包铜线那样卷绕而成。备选地，能够设置成，线圈91由超导性的材料卷绕而成，用以在总归布置在超导体模块87处的并且与此相应地强烈冷却的线圈91运行时实现特别有利的能量效率。

控制机构93构造用于通过合适地操控各个驱动线圈92产生磁的行波场（Wanderfeld），所述行波场通过与在轴75处的永磁体85、86的相互作用引起用于轴75的旋转运动的转矩以及引起用于轴75的平移运动的推动力。由此，能够促使轴75的如下的运动，所述运动相应于滚动的轴在平坦的底座上的滚压运动。在合适地操控驱动线圈92时，还能够针对轴75预设没有旋转份额的纯的平移运动或没有平移份额的纯的旋转运动或能够在平移份额和旋转份额之间自由选择的混合。

Claims (13)

1.轴装置，具有机架（4；34；74）和能够运动地支承在所述机架（4；34；74）处的轴（5；35；55；65；75）以及具有支承机构（2、3；36、37；72、73），所述支承机构构造用于相对于所述机架（4；34；74）转动支承所述轴（5；35；55；65；75），其中，所述支承机构（2、3；36、37；72、73）包括永磁体装置（8、9；78、79）和超导体（10、11；89），所述永磁体装置和所述超导体构造用于在所述轴（5；35；55；65；75）和所述机架（4；34；74）之间无触碰地、磁场支持地传递支承力，其中，所述支承机构（2、3；36、37；72、73）构造为用于所述轴（5；35；55；65；75）的径向支承件，其特征在于，所述轴（5；35；55；65；75）的径向的端部区域(32,33)是自由地可到达的。

2.根据权利要求1所述的轴装置，其特征在于，所述永磁体装置（8、9；78、79）安置在所述轴（5；35；55；65；5）处并且所述超导体（10、11；89）安置在所述机架（4；34；74）处。

3.根据权利要求1所述的轴装置，其特征在于，设置有所述轴的或所述轴的部分区域的无接触的冷却，并且所述支承机构的超导体安置在旋转的所述轴处。

4.根据权利要求1所述的轴装置，其特征在于，所述轴（5；35；55；65；75）构造为偏转机构用于将柔性的材料轨道从第一运输方向偏转到第二运输方向中。

5.根据权利要求1所述的轴装置，其特征在于，为所述轴（5；35；55；65；75）分配至少两个沿着转动轴线（6）间隔开地布置的支承机构（2、3；36、37；72、73）。

6.根据权利要求1所述的轴装置，其特征在于，为所述机架（34）分配调节器件（38），用于调整所述支承机构（36、37）相对于所述机架（34）的位置。

7.根据权利要求1所述的轴装置，其特征在于，为所述超导体（10、11；79）分配磁体线圈装置（20；91）和用于控制用于所述磁体线圈装置（20；93）的线圈电流的控制机构（21；93）以用于影响在超导体（10、11；79）和永磁体装置（8、9；78、79）之间的磁的相互作用。

8.根据权利要求7所述的轴装置，其特征在于，为所述控制机构（21）分配用于求得所述轴（5；35；55；65）的空间上的位置的传感器器件（26），用以实现调整在超导体（10、11）和永磁体装置（8、9）之间的间距。

9.根据权利要求7所述的轴装置，其特征在于，所述磁体线圈装置（20；91）由超导性的材料制造而成。

10.根据权利要求1所述的轴装置，其特征在于，在所述轴（5；35；55；65）的至少一个轴向的端部区域处布置有磁体联接器（42），所述磁体联接器构造用于将驱动力矩从驱动器件（43）无触碰地传递到所述轴（5；35；55；65）上。

11.根据权利要求1所述的轴装置，其特征在于，所述机架（4；34；74）布置在第一空间体积中并且所述轴（5；35；55；65；75）布置在第二空间体积中，其中，所述第二空间体积利用封闭的壳体与所述第一空间体积分离。

12.根据权利要求1所述的轴装置，其特征在于，所述支承机构（72、73）构造用于使所述轴（75）横向于转动轴线（6）平移运动。

13.根据权利要求6所述的轴装置，其特征在于，所述调节器件（38）构造为电的或流体的调节驱动器。