DE19850421A1

DE19850421A1 - Self-adjustment device for high-temperature superconductive magnet passive bearing e.g. for electrical machine rotor, has energising coil and ferromagnetic armature operating as electrical adjustment drive

Info

Publication number: DE19850421A1
Application number: DE1998150421
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Gutt; Arkadi Gruener
Original assignee: GUTT HANS JOACHIM
Current assignee: GUTT HANS JOACHIM
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 2000-05-11

Abstract

The self-adjustment device has an energising coil (8), a ferromagnetic armature (9) and a mechanical guide device with a setting hub (11) and a setting disc (2), with disconnection of the energising coil when the high-temperature superconductive material (5) of the bearing reaches its superconductive state and automatic re-connection upon loss of the superconductive state during operation.

Description

Die hochtemperatur-supraleitende (HTS)-magnetische Passivlagerung ist nur im abgekühlten Zustand des HTS-Materials unterhalb seiner Sprungtemperatur wirksam. Bei bekannten HTS-Magnet-Passivlagern wird die Justierung des Läufers in elektrischen Maschinen bzw. Schwungmassenspeichern im warmen (nicht supraleitenden) Zustand des (HTS)-Materials durch eine mechanische Anordnung (z. B. mit Seilenrollen und Seilen [4]) realisiert.The high-temperature superconducting (HTS) magnetic passive bearing is only in the cooled state of the HTS material below its crack temperature effective. In known HTS magnetic passive bearings, the adjustment of the rotor is carried out in electrical Machines or flywheel mass storage in the warm (non-superconducting) state of the (HTS) material through a mechanical arrangement (e.g. with rope pulleys and ropes [4]) realized.

Gegenstand der Erfindung ist eine Justiereinrichtung für berührungslose und praktisch ver lustfreie Passivlager mit Permanentmagneten und HTS-Material. Die Erfindung hat zur Aufgabe das Justieren der HTS-Magnet-Passivlager vor dem Abkühlen des HTS-Materials im warmen Zustand (oberhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters) mit einer selbsttätigen Stelleinrichtung zu realisieren. Vor dem Abkühlen muß die Achse der Läuferwelle auf die geometrische Achse der inneren Bohrung des Ständers ausgerichtet und die zur berührungslosen Lagerung erforderlichen Luftspalte eingestellt werden.The invention relates to an adjustment device for contactless and practical ver lust-free passive bearings with permanent magnets and HTS material. The object of the invention adjusting the HTS magnetic passive bearings before the HTS material cools down in the warm State (above the transition temperature of the superconductor) with an automatic control device to realize. Before cooling, the axis of the rotor shaft must be on the geometric axis aligned with the inner hole of the stand and for non-contact storage required air gaps can be set.

Vorgeschlagen wird dazu eine selbstjustierende Einrichtung, die aus einem bzw. mehreren elektrisch erregten Hubmagneten mit je einer oberen und einer unteren Justiereinrichtung besteht. Erfindungsgemäß setzt sich diese Justiereinrichtung aus einer (feststehenden) Erregerspule 8, einem ferromagnetischen Hubanker 9 und einer Führungseinrichtung zusammen, die je nach konstruktiver Anordnung aus einer Stellnabe 11 in Kombination mit einer Stellscheibe 2 (Fig. 1, 3) bzw. einem Stellstutzen 4 (Fig. 2) oder einem besonders gestalteten Gehäuseteil (z. B. Lagerschild 3 in Fig. 5) bzw. einem besonders gestalteten Anker (9a, 9b in Fig. 6) besteht. Zur Erzielung von Notlaufeigenschaften (z. B. bei Verlust der Supraleitung während des Laufs) können die Stellscheibe 2 und der Stellstutzen 4 aus entsprechend geeigneten Materialien (Bronze) und ggf. der Stellstutzenlager 7 und die Stellnabe 11 aus Bronze, Teflon etc. gefertigt werden. In diesem Fall wirkt die justierende Einrichtung als Notlager.For this purpose, a self-adjusting device is proposed which consists of one or more electrically excited lifting magnets, each with an upper and a lower adjusting device. According to the invention, this adjusting device is composed of a (fixed) excitation coil 8 , a ferromagnetic lifting armature 9 and a guide device which, depending on the structural arrangement, consists of an adjusting hub 11 in combination with an adjusting disk 2 ( FIGS. 1, 3) or an adjusting socket 4 ( Fig. 2) or a specially designed housing part (z. B. shield 3 in Fig. 5) or a specially designed armature ( 9 a, 9 b in Fig. 6). To achieve emergency running properties (e.g. if superconductivity is lost during the run), the adjusting disc 2 and the adjusting socket 4 can be made of suitable materials (bronze) and, if necessary, the adjusting socket bearing 7 and the adjusting hub 11 can be made of bronze, Teflon etc. . In this case, the adjusting device acts as an emergency camp.

Um den Anker im warmen Zustand von dem Läufer- und dem Wellengewicht zu entlasten, wird die obere Justiereinrichtung mit einer doppelten Stellnabe 11 (Fig. 9) oder mit einer doppelten Stellscheibe 2 (Fig. 10) ausgestaltet.In order to relieve the armature from the rotor weight and the shaft weight in the warm state, the upper adjusting device is designed with a double adjusting hub 11 ( FIG. 9) or with a double adjusting disk 2 ( FIG. 10).

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch das obere Lagerschild und durch das HTS-Magnet-Passivlager. Das HTS-Magnet-Passivlager besteht aus dem auf der Welle 1 befestigten Permanentmagnetring 10 und dem im Lagerschild befestigten HTS-Ring 5. Fig. 1 shows a section through the upper bearing plate and through the HTS magnetic passive bearing. The HTS magnetic passive bearing consists of the permanent magnet ring 10 attached to the shaft 1 and the HTS ring 5 attached to the end shield.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das untere Lagerschild und die justierende Einrichtung. Als elektrischer Antrieb für das Justieren ist ein Hubmagnet mit der Erregerspule 8, Joch 6 und ferromagnetischem Anker 9 vorgesehen. Fig. 2 shows a section through the lower bearing plate and the adjusting device. A lifting magnet with the excitation coil 8 , yoke 6 and ferromagnetic armature 9 is provided as the electrical drive for the adjustment.

Fig. 3 zeigt die justierende Einrichtung am Beispiel der Anordnung des Hubmagneten im oberen Lagerschild 3. Fig. 3, the-adjusting device on the example of the arrangement showing the solenoid in the upper end plate 3.

Fig. 4 zeigt die justierende Einrichtung am Beispiel der Anordnung des Hubmagneten im unteren Lagerschild mit durchgehender Welle 1. Fig. 4 shows the-adjusting device on the example of the arrangement of the lifting magnet in the lower bearing plate with continuous shaft 1.

Fig. S zeigt den Schnitt des unteren Lagerschildes mit der Stellnabe 11 am Beispiel, wenn sich die Anordnung des Hubmagneten im oberen Lagerschild befindet. Fig. S shows the section of the lower bearing plate with the adjusting hub 11 using the example when the arrangement of the lifting magnet is in the upper bearing plate.

Im warmen Zustand liegt der Läufer mit seiner Welle 1 (ggf. mit dem Stellstutzen 4) auf dem ferromagnetischen Anker 9.In the warm state, the rotor lies on the ferromagnetic armature 9 with its shaft 1 (possibly with the adjusting connector 4 ).

Vor dem Abkühlen der HTS-Magnet-Passivlager wird die Erregerspule 8 des Hubmagneten bestromt, das Magnetfeld erzeugt eine Zugkraft, mit der der ferromagnetische Anker 9 nach oben mit der Welle 1 gehoben wird. Gleichzeitig wird die Welle im oberen Lagerschild durch Anliegen der Stellscheibe 2 an die Stellnabe 11 justiert. Nach dem Abkühlen der Anlage unter die Sprungtemperatur wird die Erregerspule des Hubmagneten abgeschaltet, der ferromagne tische Anker fällt nach unten, während der rotierende Teil, z. B. der Läufer, durch die HTS-Magnet-Passivlagerung im schwebenden Zustand festgehalten wird. Zur Erzielung von Not laufeigenschaften durch Verlust des supraleitenden Zustandes kann der Hubmagnet dann automatisch eingeschaltet werden (oder dauernd eingeschaltet bleiben).Before the HTS magnetic passive bearings cool down, the excitation coil 8 of the lifting magnet is energized, the magnetic field generates a tensile force with which the ferromagnetic armature 9 is lifted upwards with the shaft 1 . At the same time, the shaft in the upper end shield is adjusted by abutting the adjusting disc 2 against the adjusting hub 11 . After cooling the system below the step temperature, the excitation coil of the solenoid is switched off, the ferromagnetic armature falls down, while the rotating part, for. B. the rotor is held by the HTS magnetic passive bearing in the floating state. In order to achieve emergency running properties due to loss of the superconducting state, the solenoid can then be switched on automatically (or can remain switched on permanently).

Der Hub der Welle mit dem Läufer entspricht der Luftspaltlänge zwischen dem Supraleiter und dem Permanentmagneten im HTS-Magnetlager.The stroke of the shaft with the rotor corresponds to the length of the air gap between the superconductor and the permanent magnet in the HTS magnetic bearing.

Ein weiterer erfinderischer Gedanke bezieht sich auf Maschinen, bei denen das o.g. Justieren durch axiales Verschieben des Läufers (z. B. bei starrer Kupplung des Läufers bzw. bei hori zontaler Wellenanordnung) nicht möglich ist. In diesen Fällen werden die zum berührungslosen Lager erforderlichen Luftspalte erfindungsgemäß durch eine Doppelankerausführung nach Fig. 6 eingestellt.Another inventive idea relates to machines in which the above-mentioned adjustment by axially displacing the rotor (e.g. with a rigid coupling of the rotor or with a horizontal shaft arrangement) is not possible. In these cases, the air gaps required for the contactless bearing are set according to the invention by means of a double anchor design according to FIG .

Fig. 6 zeigt einen Schnitt dieser justierenden Einrichtung. Der Hubmagnet besitzt den oberen Anker 9a und den unteren Anker 9b und zusätzlich die Feder 13. Bei dieser Ausführung entfällt während des Justierens die axiale Verlagerung der Welle und nach dem Abschalten der Erregerspule bringt die Feder die beiden Anker in die Ausgangslage. Diese Einrichtung ist unabhängig von der Lage der Maschine bzw. der Kupplung mit der Arbeitsmaschine. Fig. 6 shows a section of this adjusting device. The lifting magnet has the upper armature 9 a and the lower armature 9 b and additionally the spring 13 . In this version, there is no axial displacement of the shaft during adjustment and after the excitation coil is switched off, the spring brings the two armatures into the starting position. This device is independent of the position of the machine or the coupling with the working machine.

Fig. 7 zeigt den Schnitt des unteren Lagerschildes mit der Stellnabe 11 und der Stellscheibe 2 am Beispiel, wenn sich die Anordnung des Hubmagneten im oberen Lagerschild befindet. Fig. 7 shows the section of the lower end plate with the adjusting hub 11 and the adjusting disc 2 using the example when the arrangement of the lifting magnet is in the upper end plate.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt der justierenden Einrichtung mit Doppelankeranordnung, mit der Stellnabe 11, der Stellscheibe 2 und dem Stellstutzen 4 in einer Anordnung. Fig. 8 shows a section of the adjusting device with double anchor arrangement, with the adjusting hub 11 , the adjusting disc 2 and the adjusting nozzle 4 in one arrangement.

Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch das obere Lagerschild mit der justierenden Einrichtung, die eine doppelte Stellnabe 11 besitzt. Fig. 9 shows a section through the upper end plate with the adjusting device, which has a double adjusting hub 11 .

Fig. 10 zeigt einen Schnitt der oberen justierenden Einrichtung mit der Doppelstellscheibe 2. Fig. 10 shows a section of the upper device be adjusted with the dual actuator disk 2.

Designations

11

Welle
wave

22nd

Stellscheibe
Adjusting disc

33rd

Lagerschild
End shield

44th

Stellstutzen
Adjustable socket

55

Supraleiterring (HTS-Material)
Superconductor ring (HTS material)

66

, ,

66

a, a,

66

b Joch des Hubmagneten
b Yoke of the solenoid

77

Stellstutzenlager
Adjustment socket bearing

88th

, ,

88th

a, a,

88th

b Erregerspule des Hubmagneten
b Excitation coil of the solenoid

99

, ,

99

a, a,

99

b Anker des Hubmagneten
b solenoid armature

1010th

Permanentmagnetring
Permanent magnet ring

1111

Stellnabe
Control hub

1212th

Gehäuse des Hubmagneten
Housing of the solenoid

1313

Feder
feather

1414

amagnetische Scheibe
non-magnetic disc

1515

Traghülse
Support sleeve

bibliography

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Claims

1. Device for automatic adjustment of contactless passive bearings with permanent magnets ( 10 ) and high-temperature superconducting (HTS) material ( 5 ), characterized in that this adjustment in the warm (ie non-superconducting) state is carried out by means of an automatic adjustment device, which consists of an excitation coil ( 8 ), a ferromagnetic armature ( 9 ) and a suitable mechanical guide device with an adjusting hub ( 11 ) in combination with adjusting disk ( 2 ) ( Fig. 1, 3, 7, 8) or adjusting socket ( 4 ) ( Fig. 2, 4, 8) and that after the superconducting state of the HTS material ( 5 ) occurs, the energized excitation coil ( 8 ) is switched off.

2. Device according to the invention according to claim 1, characterized in that the adjusting disc ( 2 ) ( Fig. 1, 3, 7, 8) or the adjusting piece ( 4 ) ( Fig. 2, 4, 8) structurally in existing machine parts ( e.g. bearing plate 3 in Fig. 5, 7, 9) solenoid armature ( 9 ) in Fig. 2, ( 4 , 6 , 8 ) or support sleeve ( 15 ) in Fig. 10 (which in turn with the bearing plate ( 3 ) can be summarized) can be integrated by suitable design.

3. The inventive device according to claim 1 and 2, characterized in that the adjusting hub ( 11 ) to achieve emergency running properties (z. B. with loss of superconductivity during the run) in combination with the materials of the adjusting disc ( 2 ) or the adjusting nozzle ( 4 ) consists of suitable materials (Teflon, bronze, etc.).

4. The device according to the invention according to claim 1 to 3, characterized in that the excitation coil ( 8 ) of the solenoid (automatically) is switched on or remains switched on continuously in order to achieve emergency running properties (for example if loss of superconductivity during the run).