DE2355104A1 - Rotating spindle with electromagnet controlled axial position - soft iron disc rotates on spindle between annular windings - Google Patents
Rotating spindle with electromagnet controlled axial position - soft iron disc rotates on spindle between annular windingsInfo
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Abstract
Description
RHOWM, BOVEB! & CiE ■ AKTSENGEStLLSCHAFT . ; '.' ϊ■')['';''·*? RHOWM, BOVEB! & CiE ■ AKTSENGESTLSCHAFT. ; '.' ϊ ■ ') ['';''· *?
MAhiNHtlf«« - BROWN BOVLrU MAhiNHtlf «« - BROWN BOVLrU
Kannlaeim, den 23· Oktober 1973Kannlaeim, October 23, 1973
PAT-Fs/Bt ■; ;.'.'-.'PAT-Fs / Bt ■; ; .'.'-. '
Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Axiallager rait dem Axialschub entgegenwirkenden elektromagnetischen Einrichtungen. ."--":The invention relates to an electromagnetic thrust bearing rait electromagnetic devices counteracting the axial thrust. . "-":
Magnetische Entlastungseinrichtungen für Yertikalniaschinen (z.B. Wasserkraftgeneratoren, Synchron-Phasenschieber) sind schon seit längerer Zeit bekannt (DT-PS 824 251 und ΞΤΖ-Α, Band 86, 1965, Seiten 340 bis 341). Der Zweck dieser Einrichtungen ist, dem nach unten gerichteten Axialschub (z.B. dem Laufergewicht) entgegenzuwirken, das Traglager au entlasten und die "Reibungsverluste"zu vermindern. Die Magnete sind ringförmig aufgebaut und weisen eine oder mehrere Erregerwicklungen auf, gegebenenfalls auch Kompensationswicklungen, die schädliche Streuflüsse in der Welle und in den Konstruktionsteilen vermeiden. Die Anker scheibe lauf t .mit der Welle um. Falls eine vollständige Entlastung vorgesehen ist, hält die Magnetkraft j dem Axialschub allein das Gleichgewicht. Die Gleichgewichts- j lage kann durch geeignete Steuerung des Erregerstromes stabilisiert werden (DT-PS 872 137)- 'Magnetic relief devices for Yertical machines (e.g. hydropower generators, synchronous phase shifters) known for a long time (DT-PS 824 251 and ΞΤΖ-Α, Volume 86, 1965, pages 340 to 341). The purpose of these bodies is to counteract the downward axial thrust (e.g. the weight of the runner), relieve the load on the bearing and to reduce the "frictional losses". The magnets are ring-shaped constructed and have one or more excitation windings, possibly also compensation windings, the harmful Stray flux in the shaft and in the construction parts avoid. The armature disk rotates with the shaft. If a complete relief is provided, the magnetic force j holds the axial thrust alone the equilibrium. The equilibrium position can be stabilized by suitable control of the excitation current become (DT-PS 872 137) - '
Weiter ist ein magnetisches Schwebelager für eine stehende Welle, insbesondere der Lauferwelle'eines Elektriisitätszählers,; mit einem die Welle in ihrer senkrechten Stellung erhaltenden ] magnetischen Stabilisierungsmittel bekannt (DT-OS 1 472 413). ;Next is a magnetic floating bearing for a standing one Shaft, in particular the runner shaft of an electricity meter; with one that maintains the shaft in its vertical position] magnetic stabilizers known (DT-OS 1 472 413). ;
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F'.;l 4 (1 72 JtOO/KE)F '.; L 4 (1 72 JtOO / KE)
Dabei besteht dan Stabilisierungsmittel aus einen Magneten runden Querschnittes und einer diesem I-Iagneten im Abstand vorgelagerten, .v/eichma-gnetischen, runden Scheibe, wobei eine elektrische Stabilisierungsregelung dafür sorgt, daß die Höhenstellung der lielle selbsttätig eingehalten wird. Eine spezielle Anordnung dieses bekannten magnetischen Schwebelagers sieht an jeden Zeilenende eine weichmagnetisch-e Scheibe und jeweils einen der Scheibe zugeordneten Elektromagneten vor.The stabilizing means consists of a magnet round cross-section and one in front of this I-magnet at a distance, .v / calibratable, round disc, with a electrical stabilization control ensures that the height position of the lielle is maintained automatically. A special one Arrangement of this known magnetic levitation bearing sees a soft magnetic disk at each end of the line and in each case an electromagnet associated with the disc.
Ferner sind magnetische Lager bekannt, die eine Stabilisierung in axialer Richtung durch zwei Dlektronagnete bewerkstelligen. Die beiden Magnete sind .jeweils an "den Vellenenden angebracht (ETZ-B, Band 13, HeJTt 19 vom 18.9.1961, Seite 525).Furthermore, magnetic bearings are known which achieve stabilization in the axial direction by means of two Dlektronagnete. The two magnets are each attached to the shaft ends (ETZ-B, Volume 13, HeJTt 19 of September 18, 1961, page 525).
Zur Lagerung Schnellauf ender, senkrechter Wellen .sind außerdem elektromagnetische Lager bekannt, die an jedem Wellenende mit einem U-förmigen Hagnetkern arbeiten. Die Magnete haben sowohl tragende als auch zentrierende Funktion (DT-03 2 151 916).For the storage of high-speed, vertical shafts .are also known electromagnetic bearings that work with a U-shaped magnet core at each end of the shaft. The magnets have both load-bearing and centering function (DT-03 2 151 916).
Schließlich ist ein magnetisches Axiallager bekannt geworden, das auf dem elektrodsaiamischen Prinzip beruht und abstoßende Kräfte (nur bei höheren Drehzahlen) erzeugt (DT-OS 2 219 029).Finally, a magnetic thrust bearing has become known that is based on the electrodsaiamic principle and repulsive Forces (only at higher speeds) generated (DT-OS 2 219 029).
Die vorliegende Erfindung geht insbesondere aus von einem elektromagnetischen Axiallager mit dem Axialschub entgegenwirkenden elektromagnetischen Einrichtungen in Form von rotationssymmetrisch um die Welle angeordneten feststehenden Elektromagneten und eines an der Welle befestigten, mit der !felle umlaufenden ring- bzw. scheibenförmigen Ankers. Dabei ist ein elektrisches Regelsystem vorhanden, das durch55"den Anker in einer beruhrungsfreien, stabilen Gleichgewichtslage hält, wie es beispielsweise durch die schon eingangs erwähnte DT-PS 872 137 bekannt ist.The present invention is based in particular on an electromagnetic axial bearing with electromagnetic devices counteracting the axial thrust in the form of stationary electromagnets arranged rotationally symmetrically around the shaft and an annular or disk-shaped armature that is attached to the shaft and revolves with the skin. There is an electrical control system which, by means of 55 ", keeps the armature in a contact-free, stable equilibrium position, as is known, for example, from DT-PS 872 137 mentioned at the beginning.
* Steuerung des Erregerstromi ;* Control of the excitation current;
509828/0090 . bad qmginal509828/0090. bad qmginal
j Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein derartigesj The object of the invention is now to provide such a
! Lager so auszubilden, daß es Kräfte .In beiden Richtungen "auf-! To train bearings in such a way that there are forces "in both directions"
! nehmen bzw. auf die T.7elle ausüben kann. Ferner soll durch die! can take or exercise on the T .7elle. Furthermore, through the
j ■ - --.._■■""■.j ■ - --.._ ■■ "" ■.
: Erfindung ein beidseitig wirkendes, elektromagnetisches AxIaI-l lager geschaffen werden, das im Gegensatz zu bekannten elektro : magnetischen Axiallagern, die aus zwei einseitig gegeneinander ' wirkenden Lagern bestehen, eine.-kompaktere Bauweise aufweist I und dabei besonderen Einsatzbedingungen und "Förderungen besser I entsprechen kann, als die vergleichbaren bekannten Lageraus- : Invention of a double-acting, electromagnetic AxIaI-l bearing to be created, which, in contrast to known electro: magnetic axial bearings, which consist of two unilaterally opposing bearings, a more compact design I and special conditions of use and "promotions better I can correspond to the comparable known bearing designs
• führungen. Beispielsweise soll dä's neuartige- Axiallager ge-• guides. For example, the novel axial bearing should be
• eignet sein, in Flüssigkeitsumgabung eingesetzt zu werden,• be suitable to be used in a liquid environment,
j wobei unter solchen Betriebsbedingungen auch geringere Reibungs-j where, under such operating conditions, lower friction
I Verluste angestrebt werden, :I strive for losses:
I Zur Lösung der vorgenannten Aufgaben wird ein elektromagneti- ■ '■■ sches Axiallager der in Rede stellenden Art gemäß der Erfindung ! so ausgebildet, daß z\fei feststehende, ■"rotationssynmetrls'Ghe. : j Elektromagnete vorgesehen sind,-die mit Ihren .Polflächen ein- ! ander gegenüber3-iegen und zwischen denen-jeweils durch einenI To achieve the above objects, an electromagnetic ■ '■■ MOORISH thrust the vice end type in question according to the invention! designed such that z \ fei fixed ■ "rotationssynmetrls'Ghe. j electromagnets are provided -the your .Polflächen one other gegenüber3-ying and between which in each case-by!
Spalt getrennt- der als weichmagnet-isehe Laufscheibe ausgei bildete" gemeinsame Anker angeordnet 1st. : ';Gap separated - which is designed as a magnetically soft running disk formed 'common anchor arranged 1st.:';
; Nach einer speziellen Ausführung der Erfindung kann die Anlcerl scheibe der eiektromagnetischen Einrichtung so ausgebildet sein, I daß sich das Profil der Scheibe nach größeren Durchmessern hin; According to a special embodiment of the invention, the Anlcerl disc of the electromagnetic device be designed in such a way that I that the profile of the disc towards larger diameters
• verjüngt. In l\Teiterbiläung der Erfindung können dabei die .PoI-• rejuvenates. In l \ T of the invention can thereby eiterbiläung the .PoI-
I flächen der Magnete ebenso wie. die trägenden Flächen der Ankeri scheibe in gestaffelten, zur Drehachse senkrecht stehenden, j untereinander parallelen Ebenen liegen, während sich.die nichtI areas of the magnets as well as. the load-bearing surfaces of the anchors disc in staggered, perpendicular to the axis of rotation, j planes are parallel to one another, while those are not
i tragenden Partien der Ankerscheibe nach größeren Durchmessern hin verjüngen.I taper the load-bearing parts of the armature disk towards larger diameters.
' * ------ -■:---- BAD ORIGINAL'* ------ - ■: ---- BAD ORIGINAL
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Zur Unterdrückung τοη schädlichen Streuflüssen sieht die Erfindung schließlichVor, daß zwischen dem Hagnetkern der fest-The invention seeks to suppress τοη harmful leakage fluxes Finally, before that between the magnet core
ί stehenden Elektromagnete und denjenigen Teilen des Gehäuses oder Rahmens, an denen die Slektromagnete befestigt sind, eine Schicht aus unmagnetischen Material angeordnet ist, sofern das Gehäuse "bzw. der Rahmen selbst aus ferromagnetische]!! Material besteht. ;ί standing electromagnet and those parts of the housing or frame to which the slektromagnets are attached, a Layer made of non-magnetic material is arranged, provided that the housing "or the frame itself is made of ferromagnetic material consists. ;
Ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung sind stopfbüchslose Umwälzpumpen und es wird dementsprechend vorgeschlagen, das erfindungsgemäße Lager als elektromagnetisches Axiallager für solche Pumpen vorzusehen, da sich ergeben hat, daß magnetische Axiallager für stopfbüchslose Umwälzpumpen den derzeit verwendeten wassergeschmierten Gleitlagern überlegen sind. ■A particular field of application of the invention are those without stuffing boxes Circulation pumps and it is accordingly proposed that the bearing according to the invention as an electromagnetic axial bearing to be provided for such pumps, since it has been found that magnetic Axial bearings for circulating pumps without a stuffing box are superior to the water-lubricated plain bearings currently in use. ■
Die jetzt bei diesen Pumpen verwendeten Lager zeigen bei niederen Drehzahlen (Anlauf- und Auslaufphase, langsames Treiben der Pumpe bei abgeschaltetem Antriebsmotor) unerwünscht hohe Verschleißerscheinungen. Hagnetische Axiallager arbeiten dagegen ! verschleißfrei, so daß eine beträchtliche Vergrößerung der j Pumpenlaufseit erwartet werden kann. Hinzu kommt, daß die : Magnetlager ohne Schwierigkeiten kavitationsbedingte Stoßbelastungen aufnehmen können. Bei den wassergeschmierten Lagern besteht im Fall der Kavitation die Gefahr, daß der hydrodynamische Schmierfilm durchgeschlagen und das Lager beschädigt wird. '. Magnetlager können so gebaut werden, daß sie der Welle in axialer Richtung genügend Spiel lassen mit der Absicht, die Massenträgheit der "Welle zur Dämpfung der Kavitationsschläge auszunützen.The bearings now used in these pumps show undesirably high signs of wear at low speeds (start-up and run-down phase, slow driving of the pump with the drive motor switched off). Magnetic axial bearings work against it! wear-free, so that a considerable increase in the pump running time can be expected. In addition, the: magnetic bearings can easily cavitation shock loads. In the case of cavitation with water-lubricated bearings, there is a risk that the hydrodynamic lubricating film will break through and the bearing will be damaged. '. Magnetic bearings can be built in such a way that they leave enough play in the axial direction of the shaft with the intention of using the mass inertia of the "shaft" to dampen the cavitation impacts.
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ι ■·. !■ 1 π/2 11;:>.! :>r ·ι ■ ·. ! ■ 1 π / 2 11;:>.! :> r
ΙBei den genannten stopfbüchslosen Umwälzpumpen ist somit ein "Ersatz des derzeitigen Axillagers durch Hagnetlager in vieler iEinsicht vorteilhaft. Das Magnetlager braucht in diesem Anwen-'■dungsfall im übrigen keine .zentrierenden Eigenschaften zu uttciben, da separate Führungslager vorhanden sind. Die Aufgabe ;;öes Kagnetlagers besteht hier darin, den Axialschubausgleich in ;jedem Betriebsfall berührungsfrei herzustellen, eine Aufgabe, die man dadurch lösen kann, daß die Position der Pumpenwelle ;: erfaßt und geregelt wird-. Die auftretenden Schubkräfte betragen J in beiden Richtungen einige Mp , ■,-'.]' ΙBei the stopfbüchslosen circulators mentioned is thus a "replacement of the current Axillagers advantageously Hagnetlager in many iEinsicht. The magnetic bearing needs in this application '■ case of use in the rest no .zentrierenden properties ttciben to u as separate guide bearings are available. The task ;; öes Kagnetlagers here is the axial thrust in, contact-free to produce any operating case, a task that can be solved in that the position of the pump shaft;:. sensed and wird- regulated the shear forces occurring amount J in both directions some Mp, ■, - '.]'
:Die eingangs erwähnten bekannten magnetischen Lager eignen jsich aus verschiedenen Gründen nicht zur Verwendung als Axiallager für stopfbüchslose Umwälzpumpen. Im Gegensatz zu den ;bekannten magnetischen Entlastungseinrichtungen (z.B. DT-PS 824 :231) muß das Pumpenlager Kräfte in beiden Richtungen auf die [Welle ausüben können. ' . j : For various reasons, the known magnetic bearings mentioned at the beginning are not suitable for use as axial bearings for circulating pumps without stuffing boxes. In contrast to the known magnetic relief devices (e.g. DT-PS 824: 231) the pump bearing must be able to exert forces on the shaft in both directions. '. j
!.Die Verwendung von zwei einseitig wirkenden Lagern — jedes in ; der Art einer magnetischen Entlastungseinrichtung - führt dabei [!keineswegs zum Ziel. Bei stöpfbüchslosen Umwälzpumpen befinden j;Sich bekanntlich sämtliche Lager sowie der Antrieb innerhalb «des Pumpengehäuses in Wasserumgebung· Da die im Wasser rotieren- '. jjden Lagerteile, mit zunehmendem Durchmesser; stark anwachsende . ; «Reibungsverluste mit sich bringen und den Wirkungsgrad der Pumpe ' liierabdrücken, gilt es., Anzahl und Abmessungen der Laufscheiben ; !so lclein wie möglich zu halten^ Demnach scheidet das Anbringen !von zwei einseitig wirkenden Lagern mit zwei Lauf scheiben schon : !:atis Verlustgründen aus. ■ ' ·The use of two unidirectional bearings - each in; the kind of magnetic relief device - in no way leads to the goal. Are at stöpfbüchslosen circulation pumps j; yourself known to all bearings and the drive within "the pump housing in water environment · Since the rotieren- in the water '. each bearing part, with increasing diameter; strongly growing. ; "Bring friction losses with them and have an impact on the efficiency of the pump, what counts is the number and dimensions of the running disks ; ! to keep it as small as possible ^ Accordingly, the attachment! of two unidirectional bearings with two washers is ruled out:!: atis reasons for loss. ■ '·
I ■ - =;.■■-.■ I ■ - = ;. ■■ -. ■
jE'rst recht kommen keine Anordnungen mit einseitig wirkenden ^Lagern in Frage, deren Laufscheiben jeweils an den Wellenenden langebracht sind (vergl. hierzu die eingangs genannte DT-GS h 472 413). Da das obere Wellenende die Beschaufelung der Umwälz·At least there are no orders with unilateral effects ^ Bearings in question, their running washers on the shaft ends are long (see the DT-GS mentioned above h 472 413). Since the upper end of the shaft is the blading of the circulation
- 6. 50 9820700 90- 6. 50 9820 700 90
Pal '!F 1 (1Γ? Ί SOO-Cl ;Pal '! F 1 (1Γ? Ί SOO-Cl;
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pumpe trägt und der mittlere Teil für den Antriebsmotor vorgesehen ist, kann das beidseitig wirkende Axiallager nur am .. unteren ¥ellenende angebracht werden.pump carries and the middle part is provided for the drive motor the axial bearing acting on both sides can only be attached to the lower shaft end.
Die vorgenannten Schwierigkeiten, die sich der Vervrendung üblicher magnetischer Lager bzw. magnetischer Entlastungsvorrichtungen für stopfbüchslose Umwälzpumpen entgegenstellen, werden durch das erfindungsgemäße Lager überwunden. Bei Lagern, die sich in einer Flüssigkeitsumgebung befinden, ist die Lagerreibung an sich beachtlich hoch. Diese Reibungsverluste werden bei dem erfindungsgemäßen, beidseitig wirkenden elektromagnetischen Axiallager bereits dadurch relativ klein gehalten, daß nur eine Lauf scheibe vorhanden ist. Die Verluste können noch weiter vermindert werden, wenn die Anordnung so getroffen wird, daß sich das Profil der Ankerscheibe - wie schon weiter oben angegeben - nach größeren Durchmessern hin verjüngt.The aforementioned difficulties that are common to the use counteract magnetic bearings or magnetic relief devices for circulating pumps without stuffing boxes, are overcome by the camp according to the invention. For bearings, which are located in a liquid environment, the bearing friction itself is considerably high. These frictional losses are kept relatively small in the electromagnetic axial bearing according to the invention, which acts on both sides, that only one running disc is available. The losses can be reduced even further if the arrangement is so made is that the profile of the armature disk - as already stated above - tapers towards larger diameters.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele : sowie aus den Zeichnungen. · : Further details and advantages of the invention emerge from the following description of preferred exemplary embodiments: and from the drawings. · :
Es zeigen: · ■It show: · ■
Fig. 1 ein Schnittbild der grundsätzlichen Anordnung des erfindungsgemäßen, beidseitig wirkenden, elektromagnetischen Asiallagers, -' ;Fig. 1 is a sectional view of the basic arrangement of the double-acting electromagnetic according to the invention Asiallager, - ';
Fig. 2 eine mögliche Ausführung der Profilverjüngung der : Fig. 2 shows a possible embodiment of the profile taper of :
Ankerscheibe und ;Armature disk and;
Fig. 3 den prinzipiellen Flußverlauf bei Erregung eines [ Fig. 3 shows the basic flow of flux when a [
Elektromagneten, wenn sich ein Streufluß über ferro- \ Electromagnet, if a leakage flux spreads over ferro- \
magnetische Gehäuseteile ausbildet. Iforms magnetic housing parts. I.
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Pat 4 Γ ! Πί? 11500'"Kl.Pat 4 Γ! Πί? 11500 '"Kl.
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
- ι — - ι -
§60/75§60 / 75
In Figur 1 ist-mit T die Welle,; beispielsweise die Welle einer
stopfbüchslosen Umwälzpumpe be-seichnet, die im übrigen in der
Figur 1 nicht dargestellt ist. An der "1JeIIe 1 ist der umlaufende,
als· weichmagnetische Scheibe 2 ausgebildete Anker befestigt,
wie dies durch den Ring7 beispielsweise angedeutet ist. Mit
3 sind die Magnetkerne der e3_elrtronagneti3chen Einrichtung be~-. :
zeichnet, dieaus:zwei feststehendeil, rotationssymmetrischen ;
Elektromagneten besteht, welche' mit, ihren PoIflachen einander
gegenüberliegen und zwischen denen r jeweils durch einen :
Spalt getrennt - die umlaufende Anlcerscheibe 2 angeordnet ist.
Jeder der Magnetkerne 3 besitzt eine ringförmige Ausnehmung
bzw. Nut zur /aufnahme der ringförmigen Erregerwicklung 4. Die
auf der Welle t sitzende weichmagnetische Ankerscheibe 2 v/ird . ;
durch magnetische Eräfte berührungsfrei zwischen den beiden i
Elektroinagneten; 3, 4- gehalten. Die axiale Führung:der Welle"."!
läßt sich in .bekannter ¥eise dadurch erreichen, daß die Anker- ■■"
scheibe mit Hilfe eines elektrischen Regelsystems, das in der ι
Zeichnung.nicht dargestellt ist, in einer berührungsfreien,
stabilen Gleichgewichtslagegehalten wird. Beispielsweise kann
die Position der Welle mit berührungslosen Weggebern erfaßt und
über die Erregung der Magnete auf einen konstanten Wert geregelt
werden. . .".'"..- . ' : - :In figure 1 is T with the shaft; for example the wave one
Circulation pump without stuffing box, which is otherwise in the
Figure 1 is not shown. The circumferential armature, designed as a soft magnetic disk 2, is attached to the " 1 jar 1,
as indicated by the ring 7, for example. With
3 are the magnetic cores of the electronic magnetic device. : draws that from: two fixed part, rotationally symmetrical; Electromagnets, which 'with, their poles each other
opposite and between which r by one:
Gap separated - the rotating anchor disc 2 is arranged.
Each of the magnetic cores 3 has an annular recess
or groove for / receiving the annular excitation winding 4. The
soft magnetic armature disk 2 v / ird seated on the shaft t. ; due to magnetic forces contact-free between the two electro-magnets; 3, 4- held. The axial guidance: the shaft "."!
else can be in .bekannter ¥ achieved in that the anchor ■■ "disc with the aid of an electrical control system that is shown in ι Zeichnung.nicht, in a non-contact,
stable equilibrium is maintained. For example, can
the position of the shaft can be detected with non-contact transducers and regulated to a constant value via the excitation of the magnets. . . ". '" ..-. ' : -:
In Abwandlung der Ausführungsform nach Figur 1 kann das neu- ;
artige, beidseitig wirkende Axiallager auch so ausgebildet '■■".,
werden, daß die Elektromagnete (wie dies.beispielsweise von ;
magnetischen Eritlastungseinrichtungen bekannt ist) zwei .oder X
mehrere ringförmige Wicklungen tragen, wobei die Magnetkerne j
zv/ei oder mehrere ringförmige Nuten aufweisen· und z.B. E-Profil
annehmen, wie dies Figur 2 zeigt. Auch können die Magnete τ \
angepaßt an unterschiedliche Schublcräfte in den beiden Achs- 'ViIn a modification of the embodiment of Figure 1, the new ; like thrust bearings acting on both sides are also designed in such a way that the electromagnets (as is known, for example, from magnetic discharge devices) carry two .or X several annular windings, the magnetic cores j zv / ei or several annular Have grooves · and, for example, E-profile
assume, as Figure 2 shows. The magnets τ \ can also be adapted to different thrust forces in the two axes' Vi
richtungen - Yerschiedene Baugrößen besitzen bavr. verschieden : ausgelegt sein. - :; . . : " : : |directions - bavr have different sizes. different : be designed. -:; . . ":: |
-■8 -- ■ 8 -
50 9 8 20700 9 050 9 8 20 700 9 0
.- 8.- 8th
__ 660/73__ 660/73
¥ie bereits eingangs erwähnt wurde, können die Reibungsverluste noch vreiter vermindert werden, wenn sich das Profil der weichmagneti sehen Anker scheibe nach größeren Durchmessern hin verjüngt. Diese Maßnahme ist nicht nur bei Lagern für stopfbüchs-I lose Umwälzpumpen, bei denen sich das Lager in einer Flüssig— jkeitsumgebung befindet, sondern auch bei trockenem Lager j (Luft- bzw. G-asumgebung) bedeutsam, falls auf möglichst geringe j Schwungmassen (bzw. hohe kritische Drehzahlen) Wert gelegt wird.As already mentioned at the beginning, the friction losses can be further reduced if the profile of the soft magneti see anchor disc tapered towards larger diameters. This measure is not only applicable to bearings for stuffing box-I loose circulation pumps in which the bearing is in a liquid area, but also when the warehouse is dry j (air or gas environment) significant, if as low as possible j centrifugal masses (or high critical speeds) are important.
j Figur 2 zeigt eine mögliche Ausführung der Profilver jüngung. Die Polflächen der Magnete liegen dabei in gestaffelten, parallelen Ebenen; die Drehachse der Welle 1 steht senkrecht auf diesen Ebenen. Eine andere Ausführungsniöglichkeit besteht darin, daß die Polflächen (abgesehen von der innersten Ringfläche) leicht geschrägt sind, so daß die Laufscheibe 2 zunehmend die Gestalt eines Diskus erhält.j Figure 2 shows a possible embodiment of the profile tapering. The pole faces of the magnets lie in staggered, parallel planes; the axis of rotation of the shaft 1 is vertical at these levels. Another possibility exists in that the pole faces (apart from the innermost ring face) are slightly beveled, so that the running disk 2 increases takes the shape of a discus.
Die Verjüngung des Laufscheibenprofils hat grundsätzlich so zu j erfolgen, daß der magnetische Fluß in der Laufscheibe ordnungsi gemäß geführt wird. Insbesondere ist dafür Sorge zu tragen, daß j nicht einzelne Bereiche der Scheibe wesentlich stärker magnetisiert bzw. rasch in die Sättigung getrieben werden.The tapering of the running disk profile has to be done in such a way that the magnetic flux in the running disk is ordnungsi is managed accordingly. In particular, care must be taken that j does not magnetize individual areas of the disk much more strongly or quickly driven into saturation.
Bei der Realisierung des beidseitig'wirkenden erfindungsgeinäSen Axiallagers ist ferner auf die Existenz von schädlichen Streuflüssen zu achten, die sich über Gehäuse- und Wellenteile ausbilden können. Die Streuflüsse· bewirken eine ungleichmäßige Magnetisierung der zylinderförmigen Magnet schenkel, so daß sich schon bei geringeren Erregerströmen Sättigungserscheinungen bemerkbar machen. Außerdem ergibt sich aufgrund der Streuflüsse eine unerwünschte Verminderung der erreichbaren Lagerkräfte.In the realization of the invention that acts on both sides Axial bearings must also be aware of the existence of harmful leakage fluxes that develop through housing and shaft parts can. The stray fluxes cause a non-uniform magnetization of the cylindrical magnet legs, so that make signs of saturation noticeable even with lower excitation currents. It also results from the leakage flux an undesirable reduction in the achievable bearing forces.
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4 I' I (17211500 .-Ll4 I 'I (17211500.-Ll
"'_ 660/73"'_ 660/73
Figur 3 veranschaulicht den-Flußverlauf, wenn ein Magnet erregt ist und neben dem Hutafluß^ ^ noch ein Streufluß φ ^ existiert, der beispielhaft über ferromagnetische Gehauseteile fließt.FIG. 3 illustrates the flow of flux when a magnet is excited and, in addition to the Huta flux ^ ^, there is also a leakage flux φ ^ which flows, for example, over ferromagnetic housing parts.
Zur Unterdrückung von schädlichen Streuflüssen .wurde bei magnetischen Entlastungseinr-ichtungeh die Vervrendung von Kompensationswicklungen vorgeschlagen (vergl. z.B. die eingangs genannte D1E-PS 824 231). Auch bei beidseitig Λ/irkenden elektromagnetischen Axiallagern körnen Koiiipensationswicklungen grundsätzlich angewandt werden. Denkt man jedoch an den beschriebenen Einsatz des.erfindungsgemäßen Lagers im Pumpenbau, so scheidet die Terwendung von Kompensat1onswicklungen aus f oligenden Gründen aus: -, . . · ;In order to suppress harmful leakage fluxes, the use of compensation windings has been proposed for magnetic relief devices (see, for example, D 1 E-PS 824 231 mentioned at the beginning). Coil compensation windings can also be used in principle for electromagnetic axial bearings acting on both sides. However, if one thinks of the described use of the bearing according to the invention in pump construction, the use of compensation windings is ruled out for the following reasons: -,. . ·;
. - Der Aufwand ist mit vier zusätzlich "■■-"-. erforderlichen Wiclclungen zu groß. ' - Es ergeben sich höhere Erregerverluste. - Das wegen der Wasserumgebung ohnehin. - The effort is additional with four "■■ -" -. required turns too large. '- There are higher losses of excitation. - Because of the water environment anyway
vorhandene Is olationsproblein wird \ beträchtlich schwieriger.· . :existing insulation problems will be \ considerably more difficult. ·. :
Zur Reduzierung der Streuflüsse wird daher im Rahmen der Erfindung eine andere Maßnahme vorgeschlagen, die in Figur 3 dargestellt ist. DerIVorschlag besteht darin, eine unmagnetisch Schicht 6 zwischen Magnetkern 3 und den jenigen Teilen des Gehäuses 5 einzuschieben, an denen der Magnet befestigt v;ird. Diese Zwischenschicht β kann z.B. aus unmagnetischem Stahl j oder Eunststoff bestehen? selbstverständlich kann auch das umgebende Medium den Zwischenraum-teilweise ausfüllen. Aufgrund des hohen magnetischen Widerstandes der unmaghetischen Schicht 6 werden die Streuflüsse, die sich über ferromagnetische Gehäuseteile sowie über Führungslager und Wellenteile=ausbilden können,, auf ein unschädliches: Maß her abgedrückt. . 'To reduce the leakage flux, another measure is proposed within the scope of the invention, which is shown in FIG is shown. The suggestion is to use a non-magnetic Layer 6 between the magnetic core 3 and those parts of the Insert housing 5 to which the magnet is attached. This intermediate layer β can be made of non-magnetic steel, for example j or made of plastic? Of course, the surrounding medium can also partially fill the gap. Because of the high magnetic reluctance of the non-magnetic layer 6 are the leakage flux that is via ferromagnetic Housing parts as well as via guide bearings and shaft parts = form can, on a harmless: measure her down. . '
. 50 9 8 20/00 90. 50 9 8 20/00 90
Pal4f-1 (172 115UOiKCl .. ..-'."-.-.--Pal4f-1 (172 115UOiKCl .. ..- '. "-.-.--
660/73660/73
τ 10-τ 10-
Die Einsatzmöglichkeiten des ErfIndungsgegenstandes beschränken sich keineswegs auf stopfbüclislose Umwälzpumpen. Auch "bei. anderen Punpentypen oder z.B. bei Gebläsen haben entsprechend der Erfindung ausgebildete magnetische Axiallager Aussichten auf künftige vorteilhafte Anwendung. Der. Erfindungsgegenstand dient generell zur beidseitigen, axialen Lagerung von Wellen. Interessant werden solche elektromagnetische Axiallager vor allem unter besonderen Einsatzbedingungen oder Forderungen wie: The possible uses of the subject matter of the invention are by no means restricted to circulating pumps without a stuffing box. . According to the invention formed magnetic thrust bearing prospects for further advantageous use also "other Punpentypen or eg with blowers have The subject invention is generally used for two-sided, axial superposition of waves of interest are those electromagnetic axial bearing, especially under special operating conditions or requirements such as...:
j - ¥asserumgebung in Verbindung mit niederenj - ¥ water environment in connection with lower
DrehzahlenSpeeds
- Forderung nach Reibungsfreiheit- Demand for freedom from friction
- als schmiermittelfreies lager in aggressiver Atmosphäre- as a lubricant-free bearing in an aggressive atmosphere
- bei extrem hohen Drehzahlen.- at extremely high speeds.
Im übrigen ist die Erfindung nicht auf die beschriebenen bzw. dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt j es sind hiervon verschiedene Abweichungen, vor allem baulicher Art denkbar. So braucht die ¥elle 1, für deren lagerung das erfindungsgemäße Lager vorgesehen wird, nicht unbedingt vertikal angeordnet sein, sie kann auch eine andere lage, beispielsweise eine -horizontale Lage einnehmen.In addition, the invention is not limited to the exemplary embodiments described or illustrated, they are hereof various deviations, especially of a structural nature, are conceivable. So the ¥ elle 1 needs for its storage the invention Storage is provided, not necessarily be arranged vertically, it can also be a different location, for example a -take a horizontal position.
- 11 -- 11 -
50 9820/009050 9820/0090
Pat4F 1 (172 11500 KE)Pat4F 1 (172 11500 KE)
Claims (1)
gekennzeichnet, daß die Polflächen der Magnete ebenso wie
die tragenden"Flächen der Ankerscheibe (2) in gestaffelten, zur Drehachse senkrecht stehenden, untereinander parallelen Ebenen liegen, während sich die nichttragenden Partien ; der Ankerscheibe nach größeren Durchmessern hin verjüngen : 5. Electromagnetic axial bearing according to claim 4, characterized
characterized in that the pole faces of the magnets as well as
the load-bearing "areas of the armature disk (2) in staggered, perpendicular to the axis of rotation, mutually parallel planes, while the non-structural parts themselves, the armature disk to larger diameters taper towards:
Ansprüche 1 bis β als Axiallager für stopfbüchslose Umwälzpumpen. 7. Application of the electromagnetic bearing according to one of the
Claims 1 to β as axial bearings for circulating pumps without stuffing boxes.
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