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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine umlaufende Maschine, beispielsweise
eine Turbopumpe, mit einer rotierenden Welle, die von magnetischen,
aktiven Radiallagern getragen wird. Insbesondere bezieht sich die
Erfindung auf die Notversorgung der magnetischen Radial- und Axiallager
mit elektrischer Energie, vor allem für Geräte, die dazu bestimmt sind,
in explosionsgefährdeten
Atmosphären
zu arbeiten.
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Stand der
Technik
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Die
Verwendung von umlaufenden Maschinen mit Magnetlagern ist immer
weiter verbreitet. Siehe zum Beispiel das Dokument US-A-5 525 848.
Die bei dieser Art von Maschinen eingesetzten aktiven Magnetlager
verwenden Elektromagnetvorrichtungen, deren Betrieb elektrischen
Strom und folglich eine elektrische Versorgung benötigt.
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7 zeigt
ein Beispiel eines Turboexpanders. Die Maschine umfaßt eine
rotierende Welle 2, die von zwei magnetischen Radiallagern 5 und 6 umgeben
ist, die in der Nähe
der beiden Enden der Welle und eines Axialanschlags mit Zweifachwirkung
angeordnet sind. Ein erstes und ein zweites Rad 3 und 4 sind
an dem einen bzw. dem anderen Ende der Welle 2 befestigt.
Das erste Rad 3, das sich in der Figur auf der linken Seite
befindet, erhält über einen Eingangsweg 11 ein
komprimiertes Fluid, das die Rotation der Weile bewirken wird. Dieser
Teil des Verdichters stellt folglich die Turbine dar, die im Betrieb die
Rotationsbewegung auf das zweite Rad 4 überträgt, das dazu bestimmt ist,
ein Fluid zu komprimieren, welches von einem Eingangsweg 10 zu
einem Ausgangsweg 9 zirkuliert. Während der Rotation wird die
Welle 2 vorteilhafterweise durch die zwei magnetischen
Radiallager 5, 6, welche stromgesteuert sind, im
Schwebezustand gehalten. Die Struktur, die Funktionsweise sowie
die Vorteile der aktiven Magnetlager, wie sie in der Figur dargestellt
sind, sind wohl bekannt.
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Die
magnetischen Radiallager werden über eine
Versorgungseinrichtung stromgesteuert, die in einem Kontrollschrank 40 angeordnet
ist, welcher seinerseits hauptsächlich
durch ein Stromversorgungsnetz 16 gespeist wird. Der Radialverdichter umfaßt ferner
passive Hilfslager 7 und 8, wie zum Beispiel Kugel-
oder Gleitlager, welche dazu bestimmt sind, die rotierende Welle 2 im
Falle eines Ausfalls der Magnetlager aufzunehmen. Jedoch ist es
der in Rotation befindlichen Welle erst bei einer bestimmten Geschwindigkeit,
die gering genug ist, um die Risiken einer Beschädigung oder Zerstörung der
Welle und der Lager zu vermeiden, gestattet, auf die Hilfslager
aufzusetzen. Zu diesem Zweck umfaßt der hauptsächlich über das
Netz gespeiste Kontrollschrank 40 auch Not- oder Hilfsbatterien 42,
welche dazu bestimmt sind, die Netz-Versorgung 16 der Lager
im Falle eines Ausfalls zu übernehmen,
bis eine Geschwindigkeit erreicht ist, die gering genug ist, um das
Aufheben des Schwebzustandes der Welle und deren Aufsetzen auf den
Hilfslagern zuzulassen.
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In
dem Fall, in dem der Verdichter dazu bestimmt ist, in einem Bereich
mit explosibler Atmosphäre 20 zu
arbeiten, wie in 7 veranschaulicht, befindet
sich der Kontrollschrank 40 im Abstand von der Maschine
in einem geschützten,
nicht explosionsgefährdeten
Bereich 41. Bei dieser Art der Ausgestaltung befindet sich
lediglich die Maschine in dem Bereich mit explosibler Atmosphäre 20,
wobei diese Maschine explosionsgeschützt behandelt ist. Die Maschine
ist mit dem entfernt angeordneten Schrank über Verbindungen 30 verbunden,
die zwischen der Maschine und dem Schrank durch dichte Ummantelungen 31 geschützt sind.
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Aus
Kostengründen
sowie aus Gründen
der Beweglichkeit der Einrichtungen, ist es nicht immer möglich, die
Kontrollschränke
im Abstand in geschützten
Umgebungen unterzubringen. In diesen Fällen kann der Kontrollschrank 40 vom
Typ explosionsgeschützt – wie in 8 dargestellt – in der
Nähe der
Maschine in dem Bereich mit explosibler Atmosphäre 20 angeordnet werden,
er kann jedoch keine Batterien enthalten. Denn da die vollständige Deaktivierung
der Batterien – eine
unerläßliche Bedingung für explosionsgefährdete Bereiche – nicht
möglich
ist, dürfen
sich diese nicht in der risikobehafteten Umgebung befinden. So befinden
sich die Batterien 42 stets außerhalb des Bereichs 20.
Die Verbindungen zwischen dem Kontrollschrank 40 einerseits
und den Batterien 42 sowie der Netzversorgungsquelle 16 andererseits
werden dann durch mittels dichter Ummantelungen 31 geschützter Verbindungen 15 vom Typ
derjenigen sichergestellt, wie sie zwischen dem Schrank und der
Maschine in 7 verwendet werden. Demzufolge
ermöglicht
eine solche Ausführung des
Systems aus Maschine und Versorgungsquellen nicht, über ein
vollkommen unabhängiges
System in Bereichen mit explosionsgefährdeter Atmosphäre zu verfügen.
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Da
die Lebensdauer der Batterien begrenzt und ihre Wartung problematisch
ist, ist es darüber
hinaus stets von Vorteil, sich bei diesem Typ von Maschinen von
deren Verwendung zu befreien.
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Um
eventuelle Netzpannen zu beheben und um folglich den Kontroll- oder
Steuerverlust der Magnetlager zu vermeiden, ist es demnach erforderlich, über einen
weiteren Schutz im Inneren der Maschine selbst, die ihrerseits explosionsgeschützt behandelt ist,
zu verfügen.
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Eine
bekannte Lösung
des Standes der Technik betrifft die umlaufenden Maschinen, die
einen elektrischen Antriebsmotor aufweisen. Bei dieser Art von Maschine
kann der Motor während
des Ausfalls des Netzes dann als Generator arbeiten, um die Lager
selbst zu versorgen, während
die Maschine bis auf eine annehmbare Geschwindigkeit verlangsamt wird,
die den Kontakt der Welle mit den Hilfslagern gestattet.
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Jedoch
kann diese Lösung
nur für
motorisierte umlaufende Maschinen in Betracht gezogen werden, während es
heutzutage sehr viele kleine Turbomaschinen mit Magnetlagern gibt,
bei denen die Aspekte Kosten und Platzbedarf nicht die Möglichkeit eines
herkömmlichen,
in der Maschine plazierten Wechselstromerzeugers bieten, der bei
dieser Maschinenart mit kleinen Abmessungen deren Leistungen verändern würde.
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Gegenstand
und Kurzbeschreibung der Erfindung
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu
beheben und eine umlaufende Maschine auszubilden, die eine integrierte
Notversorgung mit geringem Platzbedarf umfaßt, welche die Steuerung der
Magnetlager selbst dann ermöglicht,
wenn die Maschine keine interne Motorisierung aufweist.
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Erreicht
werden diese Ziele dank einer umlaufenden Maschine mit einer rotierenden
Welle, die durch erste und zweite magnetische Radiallager getragen
wird, welche durch eine Steuervorrichtung stromgesteuert werden,
wobei die rotierende Welle mit einer Axialanschlag-Vorrichtung versehen
ist, die einen ersten Rotor aufweist, der von einer mit der rotierenden
Welle fest verbundenen Scheibe gebildet und zwischen einem ersten
und einem zweiten Stator zwischengeschaltet ist, die ringförmig um
die rotierende Welle angeordnet sind und jeweils wenigstens eine
ringförmige
Spule umfassen, die über
ein System zur Regelung der Axialstellung der rotierenden Welle
stromgesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der beiden
Statoren der Axialanschlag-Vorrichtung ferner ein Sekundärteil umfaßt und daß die mit
der rotierenden Welle fest verbundene Scheibe eine Induktionsvorrichtung
umfaßt,
derart, daß während der
Rotation der Welle in dem Sekundärelement
ein Erregerstrom erzeugt wird, um den magnetischen Radiallagern
Energie zu liefern.
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Ohne
die Struktur der Maschine zu überladen,
sind so Stromerzeugungsmittel vorteilhafterweise in der Axialanschlag-Vorrichtung
angebracht, die dann zudem ein unabhängiger Stromerzeuger für die Versorgung
der Magnetlager wird.
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Vorzugsweise
sind die Permanentmagneten in der Scheibe gleichmäßig entlang
eines Kreises angeordnet, dessen Durchmesser größer, gleich oder kleiner als
derjenige des Sekundärteils
ist.
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Nach
einer vorteilhaften Ausführungsform sind
die Permanentmagneten in der Scheibe in einer ersten Reihe entlang
eines Kreises, dessen Durchmesser kleiner als derjenige des Sekundärteils ist, und
in einer zweiten Reihe entlang eines zweiten Kreises, dessen Durchmesser
größer als
derjenige des Sekundärteils
ist, gleichmäßig angeordnet,
so daß der
zwischen der ersten und der zweiten Reihe von Magneten definierte
Raum eine Aufnahme für das
Sekundärteil
bildet.
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Das
Sekundärteil
kann wenigstens eine toroidale Wicklung umfassen, die auf einen
Kern gewickelt ist, der an dem Stator der Axialanschlag-Vorrichtung
befestigt ist.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
umfaßt
das Sekundärteil
wenigstens eine Flachwicklung auf einer gedruckten Schaltung, die
an einer ringförmigen
Struktur angeordnet ist, welche an dem Stator der Axialanschlag-Vorrichtung
befestigt ist.
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In
diesem Fall ist die Flachwicklung vorzugsweise an der Seite der
ringförmigen
Struktur angeordnet, welche dem nächstgelegenen Pol der Permanentmagneten
gegenüberliegt.
Die Steuervorrichtung der magnetischen Radiallager ist mit dem Sekundärteil verbunden,
um den in diesem erzeugten Strom zu erhalten.
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Die
Steuervorrichtung kann an der Maschine befestigt sein und weist
dann eine explosionsgeschützte
Ummantelung auf.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale sowie Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung von besonderen, als Beispiele gegebenen Ausführungsformen
der Erfindung anhand der beliegenden Zeichnungen hervorgehen, hierin
zeigen:
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1 eine
Axialschnittansicht eines Radialverdichters, welche auf schematische
Weise eine Axialanschlag-Vorrichtung zeigt, die mit Stromerzeugungsmitteln
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgestattet ist,
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2 eine
Ansicht im axialen Halbschnitt eines ersten Beispiels für die Anordnung
der Stromerzeugungsmittel in der Axialanschlag-Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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3 eine
Axialschnittansicht entlang der Linie III-III der 2,
welche die Anordnung zwischen Magneten, die an dem Rotorteil der
Axialanschlag-Vorrichtung befestigt sind, und einer toroidalen Wicklung,
die an einem Statorteil der Anschlagvorrichtung befestigt ist, nach
einem ersten Beispiel gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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4 eine
Ansicht im axialen Halbschnitt eines zweiten Beispiels für die Anordnung
der Stromerzeugungsmittel in der Axialanschlag-Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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5 eine
Axialschnittansicht entlang der Linie V-V der 4,
welche die Relativanordnung zwischen Magneten, die an dem Rotorteil
der Axialanschlag-Vorrichtung
befestigt sind, und einer Wicklung auf einer gedruckten Schaltung
an einem äußeren Umfangsteil
eines an einem Stator der Anschlagvorrichtung befestigten Rings
nach einem zweiten Beispiel gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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6 eine
Ansicht im axialen Halbschnitt eines dritten Beispiels für die Anordnung
der Stromerzeugungsmittel in der Axialanschlag-Vorrichtung gemäß er vorliegenden
Erfindung,
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7 eine
Axialschnittansicht eines Radialverdichters und dessen Steuervorrichtung
nach einem ersten Beispiel des Standes der Technik, und
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8 eine
Axialschnittansicht eines Radialverdichters sowie dessen Steuervorrichtung
nach einem zweiten Beispiel des Standes der Technik.
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Detaillierte
Beschreibung besonderer Ausführungsformen
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1 zeigt
einen Turboexpander, der dazu bestimmt ist, in einem Bereich mit
explosibler Atmosphäre 20 zu
arbeiten und der eine Axialanschlag-Vorrichtung 100 mit
Stromerzeugungsmitteln gemäß der Erfindung
aufweist. Der Verdichter umfaßt
hauptsächlich
eine rotierende Welle 2, die durch erste und zweite aktive,
magnetische Radiallager 5 und 6 getragen wird,
die über
eine Steuervorrichtung 13 stromgesteuert werden, welche
in dem Bereich 20 angeordnet und vorzugsweise in die Struktur
des Verdichters integriert ist. Die Steuervorrichtung 13 kann
entweder in einem explosionsgeschützt behandelten Gehäuse 14 untergebracht
werden, wenn die Maschine dazu bestimmt ist, in einem Bereich 20 mit explosibler
Atmosphäre
zu arbeiten, oder in einem herkömmlichen
Anschlußgehäuse oder
-kasten für Verwendungen
in ungesicherten Umgebungen.
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Die
Steuervorrichtung 13 wird hauptsächlich aus einem Netz 16 eines
elektrischen Verteilernetzes gespeist, dessen Anschlußstelle
außerhalb
des Bereichs 20 gelegen ist. Die Vorrichtung 13 ist über einen
Leiter 15 an das Netz 16 angeschlossen, der eine
dichte Ummantelung 31 aufweist, um den Leiter 15 von
der explosionsgefährdeten
Atmosphäre
in dem Bereich 20 zu isolieren. Die Steuervorrichtung 13 versorgt
nun die Radiallager entsprechend einer Stromstärke, die proportional zu der
für die
rotierende Welle 2 erforderlichen Levitationskraft ist,
mit elektrischer Energie. In bekannter Weise wird die Position der
Welle innerhalb der Radiallager permanent durch Messung ihrer Radialverschiebung
und durch Korrektur durch Stromsteuerung der Lager geregelt.
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In
dem beschriebenen Beispiel weist der Verdichter keine integrierte
elektrische Motorisierung auf. Der Drehantrieb der Welle wird durch
Zirkulation eines unter Druck stehenden Fluids in einer Eingangsleitung 11 erzielt,
das selbst ein erstes Rad 3 antreiben wird, bevor es in
eine Ausgangsleitung 12 ausgestoßen wird. Das durch die Zirkulation
des unter Druck stehenden Fluids angetriebene Rad übernimmt
die Funktion einer Turbine für
den Antrieb des Verdichters. Die auf diese Weise in Rotation befindliche
Welle wird ein zweites Rad 4 antreiben, welches dazu bestimmt ist,
ein Arbeitsfluid zu pumpen, das zwischen einer Eingangsleitung 10 und
einer Ausgangsleitung 9 zirkuliert. Diese Art von Verdichter funktioniert
folglich durch Antrieb der Turbine, der aufgrund einer Druckgasreserve
oder direkt durch Entspannen eines Gases während eines Prozesses zum Trennen
der Flüssigphase
und der Dampfphase des Gases bewirkt werden kann.
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Die
nicht motorisierten umlaufenden Maschinen können weitere Vorrichtungen
zum Antreiben der Pumpe umfassen. Beispielsweise kann eine außerhalb
der Maschine angeordnete Turbine außerhalb des Bereichs mit explosibler
Atmosphäre
angeordnet und dabei über
eine flexible Verbindung mit der Pumpe verbunden sein.
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Erste
und zweite Hilfslager 7 und 8 sind um jedes Ende
der Welle 2 herum angeordnet. Die Funktion dieser passiven
Lager besteht vor allem darin, die Welle 2 im Falle eines
Ausfalls der magnetischen Radiallager aufzunehmen. Jedoch ist es
der Welle 2 erst unter eine bestimmten Rotationsgeschwindigkeit gestattet,
mit den Hilfslagern in Kontakt zu gelangen, um eventuelle Schäden zu vermeiden.
Diese zulässige
Geschwindigkeit liegt in der Größenordnung
von 1000 Umdrehungen pro Minute. Man muß folglich das Magnetschweben
der Welle bewahren können, bis
deren Rotationsgeschwindigkeit im Falle eines Ausfalls der Stromversorgung
des Netzes 16 bis auf die zulässige Geschwindigkeit selbst
abbremst. Man hat gesehen, daß die
Lösungen
des Standes der Technik nicht ermöglichten, eine Hilfs- oder
Notvorrichtung zu erhalten, die gleichzeitig die Sicherheitsaspekte
und die Aspekte des Platzbedarfs kombiniert, die bei dieser Art
von umlaufenden Maschine dennoch sehr wichtig sind.
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Die
Erfindung schlägt
folglich vor, vorfeilhafterweise die magnetische Axialanschlag-Vorrichtung, die
bei umlaufenden Maschinen sehr verbreitet ist, zu verwenden. Die
Axialanschlag-Vorrichtung 100 umfaßt herkömmlicherweise einen Rotor 101 in
Form einer mit der Welle 2 fest verbundenen Scheibe, der zwischen
zwei Statoren 102 und 104 zwischengeschaltet ist,
die jeweils eine oder mehrere ringförmige Spulen 103 und 105 aufweisen.
Diese Spulen werden über
ein bekanntes Regelungssystem stromgesteuert, das eine axiale Verschiebung
der Welle über einen
Positionsgeber erfaßt,
um eine Stromreaktion zu erhalten, die proportional zu der zu korrigierenden Axialbewegung
ist. Bei den Ausführungsformen
der Axialanschlag-Vorrichtungen, die mit den erfindungsgemäßen Erzeugungsmitteln
ausgestattet sind, welche in der Fortsetzung des Textes beschrieben
werden, sind die gemeinsamen Elemente der Anschlagvorrichtung mit
den gleichen Zehnerzahlen bezeichnet.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Induktionsvorrichtung 107 zur Erzeugung eines
Magnetfeldes in der Scheibe 101 angeordnet, während sich
in deren Nähe
ein Sekundärteil 106 befindet,
das an dem Stator 104 gegenüber der Scheibe befestigt ist.
Wenn die rotierende Welle in Betrieb ist, befindet sich die Induktionsvorrichtung 107 in
Rotation in der Nähe
des festen Sekundärteils 106,
wodurch es zu einer Magnetflußschwankung
kommt, die einen elektrischen Erregerstrom in dem Sekundärteil erzeugen
wird. In 1 befindet sich die Induktionsvorrichtung
in einer kreisförmigen Öffnung,
die in der rechten Seite der Scheibe ausgebildet ist, wodurch festgelegt
ist, daß der
Stator 104 das Sekundärteil 106 umfassen
muß. Jedoch
könnte
die Induktionsvorrichtung in gleicher Weise auf der linken Seite
der Scheibe gelegen sein und mit einer in den Stator 102 eingeschlossenen
Induktionsvorrichtung funktionieren.
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Die 2 und 3 zeigen
eine Ausführungsform
eines Axialanschlags 200 auf, der mit den erfindungsgemäßen Stromerzeugungsmittel
ausgestattet ist. Die Scheibe 201, welche mit der Welle
fest verbunden ist, umfaßt
eine erste Reihe von Permanentmagneten 208 sowie eine zweite
Reihe von Permanentmagneten 209, die entlang zweier Kreise
mit unterschiedlichem Durchmesser, die zur Achse der Scheibe 201 konzentrisch
sind, angeordnet sind. Die Magneten einer jeden Reihe sind derart
angeordnet, daß jeweils
zwei Magneten der ersten und der zweiten Reihe fluchten und hinsichtlich
der Polarität
entlang einer radialen Richtung der Scheibe 201 ausgerichtet
sind, um ein Polpaar zu bilden, das ein Magnetfeld erzeugt, welches
durch die Linien 211 um jedes Paar herum materialisiert
ist. Die Konfiguration der Magneten auf der Scheibe 201 kann
wieder diejenige der für
die Flachmotoren bekannten möglichen Anordnungen
annehmen, und dies in Abhängigkeit von
der gewünschten
Anzahl von Polpaaren.
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Die
Magneten sind in die Scheibe eingelassen, derart, daß sie durch
die Scheibe gegenüber den
Fliehkräften
positiv gehalten werden.
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Diese
Magneten verändern
nicht den Pfad des für
den Betrieb des Axialanschlages verwendeten Magnetfeldes. Nicht
magnetische Teile 207 und 208 können zwischen
den Polen der benachbarten Magneten und der Masse der Scheibe angeordnet werden.
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Der
kreisförmige
Teil der Scheibe 201, der zwischen den zwei Reihen von
Magneten gelegen ist, ist ausgespart, um eine Vertiefung 210 zu
bilden, in die ein Teil des Sekundärteils 206 eingefügt wird. Das
Sekundärteil 206 kann – wie in 3 dargestellt – von einer
toroidalen Wicklung 215 gebildet sein, deren Windungen
auf einen Eisen- oder Ferritkern 216 gewickelt sind. In
dieser Ausgestaltung ist das Sekundärteil 206 über eine
Vielzahl von Befestigungselementen 212, die zwischen dem
Kern 216 und dem Stator 204 eingefügt sind,
an dem Stator 204 befestigt. Alternativ hierzu kann die
Wicklung auf einer gedruckten Schaltung ausgebildet sein, die an
einer ringförmigen,
aus einem eisenhaltigen Material bestehenden Struktur befestigt
ist. Unabhängig
von der Struktur, die die verwendete Wicklung aufweist, kann diese
zweiphasig oder dreiphasig sein und kann die Induktionsvorrichtung
eine beliebige Anzahl von Polen umfassen.
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Da
die Wicklung der Statorteil der Stromerzeugungsmittel ist, fließt nur ein
Strom in der Wicklung, wenn sich die Scheibe dreht, wodurch die
Polpaare in der Nähe
der Wicklung vorbeilaufen. Natürlich
sollen diese Stromerzeugungsmittel die elektromagnetischen Eigenschaften
der Axialanschlag-Vorrichtung nicht signifikant verändern, um
nicht deren Betrieb zu stören.
Aus diesem Grund schlägt
die Erfindung vor, an dem Rotorelement der Anschlagvorrichtung Permanentmagneten
in einem Teil unterzubringen, das einem der Statorelemente der Anschlagvorrichtung
gegenüberliegt,
wobei das betrachtete Statorelement eine Wicklung umfaßt, in der nur
dann ein Strom fließt,
wenn die Permanentmagneten in Bewegung sind.
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Da
die Magneten kreisförmig
in der Scheibe angeordnet sind, laufen sie darüber hinaus, selbst bei relativ
geringen Rotationsgeschwindigkeiten der Welle, mit einer bedeutenden
Umfangsgeschwindigkeit vorbei, wodurch es möglich ist, die Magnetlager mit
einem Strom zu speisen, der ausreichend ist, um die Levitation oder
das Schweben der Welle selbst bei geringer Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten.
In allen Fällen
ist die maximale, für
einen Kontakt zwischen der Welle und den Hilfslagern zulässige Rotationsgeschwindigkeit,
die in der Größenordnung
von 1000 Umdrehungen pro Minute liegt, ausreichend, damit die Stromerzeugungsmittel
des Anschlags genug Energie für
die Versorgung der Radiallager erzeugen. Während des Startens liefern
die in die Anschlagvorrichtung integrierten Stromerzeugungsmittel,
sobald eine Rotationsgeschwindigkeit von einigen Tausend Umdrehungen
pro Minute an den Hilfslagern erreicht ist, ausreichend Leistung,
um die Magnetlager zu aktivieren und um die rotierende Welle eigenständig in
den Schwebezustand zu versetzen, die solange in diesem Zustand magnetischen Schwebens
gehalten wird, wie die Welle eine ausreichende Geschwindigkeit hat,
d.h. eine Geschwindigkeit, die über
etwa 1000 Umdrehungen pro Minute liegt.
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Der
in der Wicklung des Sekundärteils 206 erzeugte
Strom wird auf die Steuervorrichtung 13 übertragen,
die eine (nicht dargestellte) elektronische Vorrichtung umfaßt, welche
insbesondere einen DC/DC-Wandler mit einer breiten Eingangsspanne aufweist,
wodurch die Stromversorgung der Steuerelektronik der aktiven Magnetlager 5, 6 mit
einer konstanten Spannung selbst bei geringer Geschwindigkeit gewährleistet
ist.
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Auf
dem gleichen Funktionsprinzip wie demjenigen, das in Verbindung
mit den 2 und 3 dargelegt
ist, können
zahlreiche Anordnungsvarianten, entweder für das Sekundärteil oder
für die
Induktionsvorrichtung, absolut in Betracht gezogen werden, ohne
daß die
oben erwähnten
Vorteile verloren gehen.
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Die 4 und 5 zeigen
Ansichten eines Beispiels für
eine mögliche
Variante. Bei diesem Beispiel umfaßt die Induktionsvorrichtung
nur eine einzige Reihe von Permanentmagneten 308, die in
der Struktur einer Scheibe 301 angeordnet sind, welche zu
einer Axialanschlag-Vorrichtung 300 gehört, die vom gleichen Typ wie
diejenigen sind, welche bereits in der vorliegenden Anmeldung beschrieben
sind. Das Sekundärteil 306 kann
von einer toroidalen Wicklung des Typs wie er bereits in Verbindung
mit 3 beschrieben ist, oder aber – wie in 5 dargestellt – von einer
ringförmigen
Struktur 314 gebildet sein, die eine äußere Umfangsfläche aufweist,
welche eine eine Flachwicklung definierende gedruckte Schaltung 312 umfaßt. Alternativ
kann diese Wicklung auf der inneren Umfangsfläche der ringförmigen Struktur 314 angeordnet
sein, unter der Bedingung, daß die
Reihe von Permanentmagneten 308 entlang eines Kreises mit
geringerem Durchmesser derart angeordnet ist, daß die Magneten innerhalb der
ringförmigen
Struktur gelegen sind.
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Die
ringförmige
Struktur ist in der Nähe
der ringförmigen
Spule 305 des Stators 304 befestigt. In der vorgestellten
Ausbildung kann die Befestigung der ringförmigen Struktur durch ein nicht
eisenhaltiges Material 313 verstärkt werden, das zwischen einem
Abschnitt des Innenumfangs der ringförmigen Struktur und des Stators 304 angeordnet
ist.
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6 zeigt
noch eine weitere Ausführungsvariante
der Stromerzeugungsmittel in der Axialanschlag-Vorrichtung. In dieser
Figur umfaßt
die Anschlagvorrichtung 400 eine Scheibe 401,
die eine Reihe von Permanentmagneten 408 einschließt, die immer
noch entlang eines zu der Achse der Scheibe 401 konzentrischen
Kreises angeordnet sind. Jedoch weicht bei dieser Ausführung die
Ausrichtung der Pole der Magneten von den zuvor veranschaulichten Ausrichtungen
ab. Die Pole sind nämlich
entlang einer zur Achse der Scheibe parallelen Richtung ausgerichtet,
wodurch ein Magnetfeld mit Feldlinien 411 erzeugt wird,
die sich in einer zur Scheibe senkrechten Richtung erstrecken. In
diesem Fall muß das
Sekundärteil 406 ebenfalls
anders ausgerichtet werden, um einen Strom unter dem Einfluß des durch
die Bewegung der Magneten 408 erzeugten Magnetflusses zu
erzeugen.
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Wenn
das Sekundärteil 406 von
einer toroidalen Wicklung gebildet ist, wird diese dann um einen eisenfreien
Kern gewickelt und befindet sich in dem Stator 404, ohne
die der Scheibe 401 gegenüberliegende Fläche des
Stators zu überragen.
Wenn die Sekundärteile 406 von
einer Flachwicklung auf einer gedruckten Schaltung gebildet sind,
ist letztere direkt auf der Seite der Mittel 406 angeordnet,
die zu der gegenüberliegenden
Fläche
der Scheibe 401 parallel verläuft.
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Die
drei Ausführungsformen,
die soeben beschrieben wurden, stellen Beispiele dar, die lediglich einen
Teil der Varianten zeigen, die im Rahmen der Erfindung realisiert
werden können.
Es können
problemlos weitere Ausführungen
durch den Fachmann in Betracht gezogen werden.
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Des
weiteren ist die Axialanschlag-Vorrichtung, die mit den erfindungsgemäßen Stromerzeugungsmitteln
ausgestattet ist, in Verbindung mit nicht motorisierten umlaufenden
Maschinen beschrieben worden. In Anbetracht des geringen Platzbedarfs
und der Wahrung der dynamischen Eigenschaften der Maschine dank
deren Integration in die Anschlagvorrichtung, können diese Mittel jedoch vorteilhafterweise
auch in motorisierten umlaufenden Maschinen angebracht werden, wodurch
es möglich
ist, über
eine vollkommen unabhängige
Notversorgung der Lager zu verfügen.