DE2515608A1

DE2515608A1 - Lagerung umlaufender koerper mit abstossenden magnetpaaren

Info

Publication number: DE2515608A1
Application number: DE19752515608
Authority: DE
Inventors: Yuan-Heng Dipl Ing Dschen
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-03-18
Filing date: 1975-04-10
Publication date: 1976-09-30
Also published as: CH582838A5

Description

Lagerung umlaufender Körper mit abstossenden Magnet paaren Umlaufende Körper werden im allgemeinen Maschinenbau mit mechanischen Mitteln sowohl radial als auch axial gelagert. Für umlaufende Körper mit sehr hohen Drehzahlen werden dynamisch oder statisch gasgeschmierte Radiallager verwendet. Ferner sind Lager bekannt, die aufgrund magnetischer Abstossung fast reibungsfrei laufen.
Die bisher bekannten Lagerarten sind jedoch mit einigen Nachteilen behaftet, sie benötigen Schmiermittel und müssen mit sehr kleinem Schmierspalt arbeiten, es entstehen Reibungsverluste, Materialverschleiss und bei Wälzlagern ein hoher Geräuschpegel. Die Anwendung dynamisch oder statisch gasgeschmierter Radiallager ist im Hochvakuum nicht möglich. Ferner sind Lager aus magnetischen Werkstoffen wegen ihrer geringen Materialfestigkeit für sehr hohe Drehzahlen nicht geeignet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lagerung umlaufender Körper zu schaffen, die die Nachteile des Bekannten nicht aufweist und die kein Schmiermittel benötigt und somit auch im Hochvakuum funktionsfähig ist.
Diese Aufgabe Tird bei der Lagerung umlaufender Körper mit abstossenden Magnetpaaren erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass auf dem Lagerzapfen mindestens ein Magnet ring angeordnet ist und Mittel zu dessen Befestigung und dass in der Lagerschale mindestens ein Magnetring eingebaut ist, wobei sich im Lagerluftspalt gleichnamige Magnetpole gegenüberstehen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus einem nachstehend anhand der Zeichnung erläuterten Ausführungsbeispiel einer Lagerung für einen Klein-Elektromotor fÜr Drehzahlen bis 120 t 000 U/min.
Der Rotor 1 ist mittels zweier Magnetradiallager 2, 3 gelagert.
Die Magnetradiallager 2, 3 sind so beschaffen, dass die auf den Lagerzapfen 4, 4* montierten Magnetringe 5 den in den Lagerschalen 6, 6* eingebauten Magnetringen 7 radial gegen-Überstehen. Die Magnet ringe 5 befinden sich zwischen Schrumpfringen 8 auf den Lagerzapfen 4, 4*, zwischen den Magnetringen 7 befinden sich Abstandringe 9. Die Magnetringe 7 und die Abstandringe 9 sind in den Lagerschalen 6, 6* durch Ringe 10 befestigt, die an der Lagerschale angeschraubt sind.
Die Magnet ringe 5 sind vorzugsweise an den Stirnflächen schwach keglig geschliffen. Der Querschnitt der Magnetringe 5 verjüngt sich vom Innendurchmesser zum Aussendurchmesser. Der Querschnitt der Schrumpfringe 8 ist den Magnetringen 5 genau angepasst, damit bei hoher Drehzahl die in den Magnetringen 5 auftretenden Zentrifugalkräfte und die damit verbundenen Materialspannungen durch die Schumpfringe 8 aufgenommen werden. Als besonders zweckmässig haben sich die Magnetringe 5 mit einem angeschliffenen Winkel von 10 bis 50 erwiesen. Die Magnet ringe 5 und 7 sind radial magnetisiert, und zwar in der Art, dass gleichnamige Pole sich gegenüberstehen und somit abstossende Kräfte aufweisen.
Die Magnet ringe 5 und 7 sind in magnetischer und mechanischer Hinsicht so dimensioniert, dass der Luftspalt zwischen diesen etwa halb so gross ist wie der Luftspalt zwischen Ständerblechpaket 11 und Läuferblechpaket 12.
Aufgrund der Krafteinwirkung auf den Rotor 1 in radialer Richtung, insbesondere durch das Gewicht des Rotors 1, befindet sich der umlaufende Teil des Magnetradiallagers 2, 3 nicht zentrisch im ruhenden Teil des Magnetradiallagers 2, 3.
Das Wellenzentrum verschiebt sich in radialer Richtung soweit, bis die resultierenden abstossenden Kräfte der Magnetringe 5 und 7 mit der Lagerbelastung im rXleiehgewicht stehen.
Aufgrund der radialen magnetischen Lagerung des Rotors 1 kann dieser axial innerhalb gewisser Grenzen verschoben werden, ohne dass die (Radial-) Lagerverhältnisse sich nennenswert verändern. Daher sind die Magnet ringe 7 in den Lagerschalen 6, 6* breiter ausgeführt, als die Magnetringe 5 auf den Lagerzapfen 4, 4*.
Zur Fixierung der Axiallage des Rotors 1 dienen zwei Magnetpaare 13, 14 und 15, 16. An der Stirnseite des Rotors 1, an der sich der Ventilator 17 befindet, ist ein Magnetring 13 eingelegt, dem axial gegenüber ein Magnetring 14 am Ring 10 der Lagerschale 6* angebaut ist. Am Ende des Wellenzapfens 4 ist ein Magnetstift 15 montiert, dem axial gegenüber ein Magnetstift 16 in einem Gewindezapfen 18 eingebaut ist. Die Magnetringe 13, 14 und die Magnetstifte 15, 16 sind axial magnetisiert und so angeordnet, dass sich gleichnamige Pole gegenüberstehen.
Die Magnetringe 13, 14 und die Magnetstifte 15, 16 sind in magnetischer und mechanischer Hinsicht so dimensioniert, dass der Luftspalt zwischen diesen Magnetpaaren etwa zehnmal so gross ist wie die zu erwartende axiale Verschiebung.
Der Luftspalt L1 zwischen den Magnetringen 13, 14 und der Luftspalt L2 zwischen den Magnetstiften 15, 16 stellen sich so ein, dass alle in axialer Richtung auf den Rotor 1 wirkenden kräfte im Gleichgewicht stehen. Bei Auftreten einer Störverschiebung entsteht durch das Magnetpaar, dessen Luftspalt kleiner wird, eine Rückstellkraft, die der Störverschiebung entgegen wirkt. Durch diese Anordnung der Magnetringe 13, 14 und der Magnetstifte 15, 16 ist eine hohe Stabilität der Axiallage erreicht.
Im bestimmten Anwendungsfall ist eine genaue, reibungsfreie Justierung der Axiallage einer rotierenden Wellle unerlässlich. Dies wird durch die folgend beschriebene, erfindungsmässige Einrichtung verwirklicht.
Durch Hineindrehen des Gewindezapfens 18 in die Motorkappe 19 verringert sich der Luftspalt L2 zwischen den Magnetstiften 15, 16 und damit auch der Luftspalt L1; die Abstosskraft wird erhöht. Durch Herausdrehen des Gewindezapfens 18 aus der Motorkappe 19 vergrössert sich der Luftspalt L2 zwischen den Magnetstiften 15, 16 und damit der Luftspalt L1; die Abstosskraft wird reduziert. Auf diese Weise kann die Axiallage des Rotors 1 im Stillstand und im Betrieb des Motors justiert werden. Dies ist insbesondere für Antriebsmotoren beim "open-end" Spinnverfahren von überragender Bedeutung.
Zur Fixierung der Axiallage können auch statt der Magnetstifte 15, 16 zwei Magnetringe 20, 21 eingebaut werden, wobei der Magnet ring 20 an dem Ring 10 der dem Rotor 1 zugewandten Seite der Lagerschale 6 des Magnetradaillagers 2 angebaut ist, und diesem axial gegenüber ein Magnetring 21 an der Stirnseite des Rotors 1 eingelegt ist. Die Magnetringe 20, 21 sind axial magnetisiert und so angeordnet, dass gleichnamige Pole sich gegenüberstehen.
Die Magnetringe 13, 14 und 20, 21 können auch radial magnetisiert sein, wegen des einfacheren. Magnetisierungsverfahrens werden jedoch axial magnetisierte Ringe bevorzugt. Es ist darauf zu achten, dass in der unmittelbaren Umgebung aller Magnete nur Materialien verwendet werden, die den Verlauf der magnetischen Kraftlinien nur unwesentlich beeinflussen.
Durch die Erfindung werden bei umlaufenden Körpern die Reibungsverluste auf ein Minimum reduziert, Materialverschleiss ausgeschlossen und der Geräuschpegel gesenkt. Ausserdem ist eine einwandfreie Funktion mit hoher Drehzahl umlaufender Körper insbesondere im Hochvakuum gewährleistet, wodurch die Anwendung in der Raumfahrttechnik ermöglicht wird.

Claims

Patentansprüche

1. Lagerung umlaufender Körper mit abstossenden Magnetpaaren, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Lagerzapfen (4) mindestens ein Magnetring (5) angeordnet ist und Mittel (8) zu dessen Befestigung und dass in der Lagerschale(6, 6*) mindestens ein Magnetring (7) eingebaut ist, wobei sich im Lagerluftspalt gleichnamige Magnetpole gegenüberstehen.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die achsennahe Breite der auf dem Lagerzapfen (4) angeordneten Magnetringe (5) grösser ist als deren achsenferne Breite.

3. Lagerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetringe (5) an den Stirnflächen schwachkeglig geschliffen und die Schrumpfringe (6) dem kegligen Querschnitt der Magnetringe (5) angepasst sind.

4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen der Magnetringe (5) mit einem Winkel zwischen 10 und 50 angeschliffen sind.

5. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Körper (1) mit mindestens zwei abstossenden Magnetpaaren (13, 14; 15, 16 bzw. 20, 21) gegen axiale Verschiebung gesichert ist.

6. Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Magnet der Magnetpaare (13, 14; 15, 16; 20, 21) axial verschiebbar ist. Leerseite