Magnetische Traglagerentlastungsvorrichtung Das Hauptpate,nt betrifft
eine magnetische Traglagerentlaätungsvorrichtung,'bei der ein feststehender Hohlzylinder
aus Eisen mit Einern oder mehreren Ringerregerspulen einen auf einem um-
laufenden
Teil angebrachten zweiten Hohlzylinder mittig umgibtg wobei durch entsprächende
Formgebung der.Bohrungsoberflächen der beiden Hohlzylinder der magnetische Leitwert
im luftspalt und die in diesem aufgespeicherte magnetische Energie veränderliche
Werte bis zu Höchstwerten erreicht. Bei Bewegung
des umlaufehden
Teils aus der bevorzugten Stellung für Höchstwerte nach unten wird infolge Änderung
der aufgespeicherten magnetischen Energie eine Kraft auf den umlaufenden Teil entgegen
der Schwerkraft und bei Bewegung nach oben im Sinne des Schwerkraft ausgeübt. Die
Hauptanmeldung gibt Ausführungisbeispiele der Erfindung, die in. wesentlichen die
Entlastungs-Vorrichtung selbst betroffen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine
besondersvorteilhafte räumliche Anordnung der magnetischen Traglagerentlas-ungsvorrichtung
gemäß dem Hauptpatent, insbesondere bei einer elek-
trischen Maschine. Gemäß
der Erfindung ist die magnetische Traglagerentlastungsvorrichtung innerhalb des
durch den Läufer bestin.-,iten Raumes untergebracht. Sie ist also in besonders raumsparende.-
Weise innerhalb des Polrades angeordnet. Ein weite-A.#er Fortschritt- mit erheblichen
Gowichtsersparnissen dadurch erzielt, daß man die magnetischen Kreise des Polrades
und der Tragvorrichtung in geeigneter #,[eise miteinander vereinigt. Dabei erweist
es sich als besonders vorteilhaft, erfindungsgemäß den feststehenden Teil der Tragvorrichtung
an der, ebenfalls feststehenden Welle anzubringen und daran den umlaufenden Teil
der Tragvorrichtung mitsamt den Polrad magnetisch aufZuhängen. Das Polrad läuft
dann wie ein Zwischenläufer in
dem Bohrungszylinder, der durch das
Ständerblechpaket und den feststehenden Teil der Tragvorrichtung gebildet wird.
Führungslager, die auf der feststehenden Welle umlaufen und über Tragarme mit dem
umlaufenden Polradring verbunden sind, sorgen dafür, daß das Polrad mittig läuft.
Durch Kompensationswicklungen um die Welle kann man unerwünschte Streuflüsse verhindern.
Einige Ausführungsbejupiele lassen den Erfindungsgedanken besser erkennen. In Fig,
1 bedeutet 1 den Ständer einer senkrechten Maschineg z.B. eines Wasserkraftgenerators,mit
der #dcklung 2; 3 das Pol-1-bur,e, 5 deren rad mit dem umlaufenden
Teil 4 der Tragvorrici k.3
feststehenden Teil- mit den beiden Ringerreger,--pulen,
der --r. Bier fe.-.tstehenden Welle 6 befestigt ist. Führungslager
7 und 8,
die über Tragarme 9 und 10 mit dem urlaufenden
Teil der Tragvorrichtung bzw. mit dem Polrad verbunden sind, sorgen dafür, daß das
Polrad mittig läuft, und daß die Luftspalte zwischen Polrad und Ständer bzw. zwischen
den beiden Teilen der Tragvorrichturg eingehalten werden. Um zu verhindern, daß
sich über dic Tragarme und die beiden Führungslager ein unerwünschter ö*'urcufluß
ausbildet, können die beiden Ringspulen 11 und 12 um dic Welle herum vorgesehen
werden. In Fig, 2 sind die magnetischen Kreise des Polradeu und des umlaufonden
Teils der Tragvorrichtung niteinander v,--reinigti
wodurch sich
wesentliche Gewichtsersparnisse erzielen lassen. Man kann nun noch einen Schritt
weiter gehen und auch die beiden Führungslager 7 und 8 durch eine
rein magne-tisch yirkende'Vorrichtung ersetzen. Dafür läßt sich eine Tragvorrichtung
der beke-nnten Art. mit axialem Luftspalt verl-lenden, wenn sie in geeigneter Weisei
in axialer Richtung mit Ringkämmen und Ringnuten versehen wird. Die Tragvorrichtungen
nach Fig. 1 und 2 weisen einen in radialer Richtung-gleichbleibenden Luftspalt
und .i#ingkt-:irme und Ringnuten ebenfalls in radialer Richtung auf.Magnetic support bearing relief device The main Pate nt relates in a fixed hollow cylinder made of iron with Einern or more ring exciting coil umgibtg a mounted on a environmentally running part of the second hollow cylinder center a magnetic Traglagerentlaätungsvorrichtung, 'wherein by entsprächende shape of two hollow cylinders der.Bohrungsoberflächen the permeance in air gap and the magnetic energy stored in this reaches variable values up to maximum values. When moving the rotating part from the preferred position for maximum values downwards, a force is exerted on the rotating part counter to gravity due to a change in the stored magnetic energy and when moving upwards in the sense of gravity. The main application gives exemplary embodiments of the invention which essentially affect the relief device itself. The present invention relates to a particularly advantageous spatial arrangement of the magnetic Traglagerentlas-ungsvorrichtung according to the main patent, particularly in a elec- trical machine. According to the invention, the magnetic support bearing relief device is housed within the space determined by the runner. It is therefore arranged in a particularly space-saving manner within the pole wheel. A great advance, with considerable savings in weight, is achieved by combining the magnetic circuits of the pole wheel and the carrying device in a suitable manner. It proves to be particularly advantageous, according to the invention, to attach the stationary part of the support device to the shaft, which is also stationary, and to suspend the circumferential part of the support device together with the pole wheel magnetically. The pole wheel then runs like an intermediate runner in the bore cylinder, which is formed by the stator core and the fixed part of the support device. Guide bearings, which rotate on the stationary shaft and are connected to the rotating pole wheel ring via support arms, ensure that the pole wheel runs in the middle. Compensation windings around the shaft can prevent unwanted leakage flux. Some embodiment examples show the idea of the invention better. In Fig, 1 the stand a vertical Maschineg example, 1 means a hydroelectric generator with the #dcklung 2; 3 the Pol-1-bur, e, 5 whose wheel with the revolving part 4 of the Tragvorrici k.3 fixed part with the two ring exciters, - pulen, the --r. Beer fe .-. T standing shaft 6 is attached. Guide bearings 7 and 8, which are connected via support arms 9 and 10 to the original part of the support device or to the pole wheel, ensure that the pole wheel runs centrally and that the air gap between the pole wheel and the stator or between the two parts of the support device be respected. In order to prevent an undesirable flow of oil from developing via the support arms and the two guide bearings, the two ring coils 11 and 12 can be provided around the shaft. In FIG. 2, the magnetic circuits of the pole wheel and of the circumferential part of the carrying device are not cleaned with one another, whereby substantial weight savings can be achieved. You can now go a step further and also replace the two guide bearings 7 and 8 with a purely magnetic device. For this purpose, a support device of the known type can be left with an axial air gap if it is provided with annular combs and annular grooves in a suitable manner in the axial direction. The support devices according to FIGS. 1 and 2 have an air gap that remains constant in the radial direction and also have annular grooves in the radial direction.
.Wenn die Tragvorhchtung mit axialem Luftspalt auch im wicklungslosen
Teil mit Ringkämmen und Ringnuten versehen wirdy die denen des mit Wicklung verzehenen
Teils genau entsprechen, so versucht die magnetische ßnergie im Luftraum zwischen
beiden Teilen ebenfalls einen Höchstwert anzunehmen. Dier, ist aber nur mögliche
wenn sich Hingkämme und Ringnuten in beiden Teilen genau gegenüberstehen und sich
überdecken. Bei jeder Bewegung aus dieser Lage in radialer Richtung wUrden radiale
Kräfte auftreten) die die frühere Lage wieder herotellene so
daß der unlaufende
Teil genau mittig U'ber dem feststehenden Teil gehalten wird. Die Vorrichtung wirkt
denn-ach genau so wie .
ein Führungslager üblicher Art. In -,echten Teil der
Pig. 2 bezeichnet 13 den £entstehenden Teil einen derartigen*magnetischen
Pährungslagersy der mit drei Ringnuten versehen ist, von denen zwei bewickelt sind.
Den
drei Ringnuten im feststehenden stehen drei unbewickelte Ringnuten im umlaufenden
Teil 4 gegenüber. Zwischen den Ringkämmen der beiden Teile bilden sich die durch
Pfeile angedeuteten Flüsse aus. Bei radialer Verschiebung des umlaufenden Teils
gegenüber dem feststehenden bewirken dib auftretenden radialen Kräfte3 daß sich
beide Teile genau mittig gegen-. überstehen. Die Vorrichtung 13 hat aber
nicht nur die Aufgabe eines Führungslagers, sondern sie übt auch Zugkräfte in axialer
Richtung aus und unterstützt dadurch die Tragvorrichtung 495# Statt der einen Trag-
und Führungsvorrichtung 13 kann man natürlich auch mehrere in verschiedenen
Ebenen vorsehen, so daß man dadurch einen sehr genauen Rundlauf erhält. Auch hier
kann man, um störende Streuflüsse über die Welle zu vermeiden3 Kompensationswicklungen
um die Welle herum anbringen- blan kann aber auch die Wicklungen auf der Tragv-orrichtung
5 und auf der Trag- und Führungsvorrichtung 13 in bezug auf den Streufluß
über die Welle, wie im rechten Teil der Fig. *2 dargestellt, gegeneinander schalten.
Venn die Ringkämme im feststehenden und im umlaufenden Teil genau mit den gleichen
Durchmcssern, ausgeführt sind, dann wÜrden in der Sollatellung, in der die magnetische
Energie den-Höchsti#.,ert aufweist, die radial wirkenden Kräfte Null
sein.
Man 'kann dies vermeideng wenn-man die Durchmesser der Ringkämme auf den beiden
Teilen verschieden macht, wie dies in Fig. 3-dargestellt ist. Wie die eingezeichneten
Feldlinien erkennen lassen, versuchen sie sieh, am ganzen Umfang zu verkürzen, wodurch.auch
in der Soll-Stellung radial wirkende magnetische Zugkräfte entstehen. In Fig. 4
ist noch gezeigt, wie rian durch geeignete Zuordnung. von axial und radial wirkenden
magnetischen Tragvorrichtungen auch 1"laschinen mit waagerechter Welle ohne mechanische
Lager gleichsam mit magnetischen Lagern betreiben kann. Die feststehende Welle
6 mit dem Teil 5 ibt von dem umlaufenden Teil 4 mit dem Polrad
5 umgaben, 3 und 4 sind mit der umlaufenden Welle 15 verbunden.
Sie werden in radialer Richtung durch die feststehenden und mit ringförmigen Erregerspulen
versehenen Teile 13 und 14, in axialer Richtung durch 5 und
6 gehalten. Das Polrad 3 mit der Welle 15 dreht sich damit
genau so, als wenn es in mechanischen Lagern laufen i#ürde. Man kann natürlieh die
im Innern des Polrades befindliche magnetische Tragvorrichtung'5 je zur Hälfte
mit den beiden feststehenden Teilen 13 und 14 vereinigen, so daß das Polrad
3 unmittelbar mit der Welle 15 verbunden sein kann, ohne daß sich
an der grundsätzlichen Wirkungsweise etwas ändert.If the carrying device with an axial air gap is also provided with ring combs and ring grooves in the part without winding, which exactly correspond to those of the part with the winding, then the magnetic energy in the air space between the two parts also tries to assume a maximum value. This, however, is only possible if the combs and ring grooves in both parts are exactly opposite and overlap. With every movement out of this position in the radial direction radial forces would occur which restore the previous position so that the non-rotating part is held exactly in the middle above the stationary part. The device works exactly like that . a lead camp of the usual kind. In -, real part of the Pig. 2 denotes 13 the resulting part of such a magnetic reference bearing which is provided with three annular grooves, two of which are wound. The three ring grooves in the stationary stand opposite three unwound ring grooves in the circumferential part 4. The rivers indicated by arrows form between the ring crests of the two parts. When the rotating part is shifted radially in relation to the stationary part, the radial forces3 that occur cause the two parts to oppose each other exactly in the middle. survive. The device 13 has not only the function of a guide bearing, but also exerts tensile forces in the axial direction and thereby supports the supporting device 495 # Instead of a support and guide device 13 can of course also several washes in various levels, so that by receives a very precise concentricity. Blan Also here one can, by interfering stray flux through the shaft to vermeiden3 compensation windings around the shaft anbringen- but also the windings may Tragv-orrichtung 5 and on the support and guide device 13 with respect to the leakage flux about the shaft as shown in the right part of Fig. * 2, switch against each other. If the ring crests in the fixed and in the rotating part are made with exactly the same diameter, then in the nominal position, in which the magnetic energy has the maximum value, the radially acting forces would be zero . This can be avoided if the diameters of the ring crests are made different on the two parts, as shown in FIG. As you can see from the drawn field lines, try to shorten the entire circumference, which also creates radial magnetic tensile forces in the target position. In Fig. 4 it is also shown how rian by suitable assignment. of axially and radially acting magnetic support devices also 1 "machines with a horizontal shaft without mechanical bearings can operate with magnetic bearings as it were. The stationary shaft 6 with the part 5 is surrounded by the rotating part 4 with the pole wheel 5 , 3 and 4 are with the rotating shaft 15. They are held in the radial direction by the stationary parts 13 and 14 provided with ring-shaped excitation coils, in the axial direction by 5 and 6. The pole wheel 3 with the shaft 15 thus rotates exactly as if it were in mechanical bearings run i # ould. One can natuer lent the located in the interior of the pole magnetic Tragvorrichtung'5 combine half each with the two fixed parts 13 and 14 so that the pole wheel 3 may be directly connected to the shaft 15 without at the basic mode of operation changes something.