DK173852B1 - Magnetisk lejring af en rotor - Google Patents

Description

DK 173852 B1

Opfindelsen vedrører en magnetisk lejring af en rotor med permamagneter til optagelse af radiale lejekræfter og med en stabilisator, som holder rotoren i et berøringsfrit leje i forhold til en stator. I en sådan lejring samvirker elektriske spoler, der er tilvejebragt i statoren, med magnetiserbare dele fastgjort til rotoren.

5

Et magnetleje af denne type kendes fra USA patentskrift nr. 3.929.390 og fra Journal of Spacecraft, bind 17, nr. 2,1980, s. 93-98.1 disse magnetlejer er der i begge rotorender monteret ringformede permamagneter, som samvirker med ringmagneter fastgjort til statoren på en sådan måde, at der ved en radial afvigelse udøves en radial centre-10 ringskraft på rotoren. Samtidigt opstår der i aksial retning en kraftustabilitet som følge af permamagneterne. Denne kraftustabilitet udlignes ved hjælp af en i rotorens midte placeret aksialt virkende elektromagnetisk afbøjningscelle, der aktiveres med elektriske styrestrømme svarende til rotorens aktuelle aksiale afvigelse fra den ønskede aksiale position. Afvigelsen detekteres ved hjælp af et berøringsløst detektorsystem, som 15 regulerer den styrestrøm, som tilføres afbøjningscellen via en tilsvarende elektronisk forstærker. På begge sider af afbøjningscellen er der i umiddelbar nærhed af de på rotor-enderne monterede permamagneter monteret kobberskiver, der er fast forbundet med statoren, og som samvirker med permamagneter fastgjort på rotoren på en sådan måde, at rotorens radiale vibrationer dæmpes. I den fra DE-A 34 09 047 kendte magnetiske 20 lejring til de permamagnetiske lejeelementer, som bevirker rotorens radiale centrering, bevares derimod i alt væsentligt positionerne på begge sider af rotortyngdepunktet, medens afbøjningscelien er placeret for enden af rotorakselen uden for det permamagnetiske rotorleje. Afbøjningscellen indeholder så flere permamagneter, der er fastgjort til rotoren, og som sammen med en på statoren monteret kobberplade bevirker 25 en hvirvelstrømsdæmpning af rotorens radiale vibrationer. I den fra W079/00987 kendte magnetiske lejeanordning opnås en god udnyttelsesgrad af magnetmateriaiet ved, at ringformede viklinger anbringes sidestillet med de permanente magneter i statoren. I den fra EP A 0.155.624 kendte magnetiske lejring opnås en radial og aksial stabilisering af rotoren ved, at der i den bevægelige lejedel findes mindst to permanentmagnetiske 30 områder, som er opdelt af en spalte, som er anbragt vinkelret på flux-retningen. De to områder er ydermere opdelt af et ikke magnetiserbart materiale, som er anbragt udenfor den bevægelige lejedel.

En ulempe ved de ovenfor beskrevne magnetiske lejringer er, at der under sådanne lej- 35 ringers drift optræder aksiale deformationer af rotoren og specielt af det hus, som inde- DK 173852 B1 2 slutter rotoren, og på hvilket statormagneterne er fastgjort, hvilket kan bevirke en væsentlig dejustering af lejesystemet, så at spillerummet i den magnetiske afbøjningscelle under ugunstige betingelser overskrides. De nævnte deformationer optræder specielt som følge aftrykpåvirkninger på huset, når dette fx evakueres, ellersom følge af termiske 5 belastninger, der i første række fremkaldes af drivmotoren til rotoren. På den anden side kan en driftsbetinget eller en af gasfriktion ved høje rotationshastigheder forårsaget opvarmning af rotoren forårsage en længdeændring af rotoren og dermed en dejustering af den magnetiske lejring.

10 Et formål med opfindelsen er at tilvejebringe en magnetisk lejring, hvis justering så vidt muligt er upåvirkelig over for deformationer, uden at lejekonstruktionen derved bliver kostbar.

Dette formål opnås i overensstemmelse med opfindelsen med en magnetisk lejring af den 15 indledningsvis angivne art med de i patentkrav 1 angivne ejendommeligheder.

Opfindelsen angår således en magnetisk lejeanordning til en rotor med lejer, som anvender permanente magneter. Opfindelsen er ejendommelig ved at et første leje med forholdsvis stor stivhed, i det følgende benævnt tyngdepunktslejet, bærer den største del af rotorvægten og er anbragt således at det optager de radiale lejekræfter, idet 20 tyngdepunktet af rotoren er anbragt indenfor tyngdepunktslejets udstrækning, og et andet permanent magnetisk leje, som udgør et stabiliseringsleje, med relativt mindre stivhed. Stabiliseringslejet holder rotoren i en berøringsfri position i forhold til statoren og indeholder til stabilisering af rotoren de elektriske spoler, som er anbragt på statoren og som samvirker med magnetiserbare elementer anbragt på rotoren. Desuden 25 tilvejebringes der hvirvelstrømsdæmpning ved radiale bevægelser af rotoren i forhold til statoren.

Når tyngdepunktslejet bærer rotormassen, bestemmes rotorens ligevægtsstilling i aksial retning også overvejende af tyngdepunktslejet, medens deformationsbetingede for-30 skydninger af stabiliseringslejet som følge af dette lejes mindre stivhed kun får en ubetydelig indvirkning på rotorligevægten. Forholdet mellem lejestivhederne for tyngdepunktslejet og stabiliseringslejet udgør fortrinsvis mindst 10:1.

Rotorens tyngdepunktslejring muliggør også flyvende lejringer til maskindele. En sådan 35 lejring giver ud over den til håndtering af systemet gunstige monteringsfrihed i forbindelse DK 173852 B1 3 med den [ejefrie side yderligere den fordel, at alle komponenter i den magnetiske lejring kan være monteret i et kort og dermed formstabilt hus i modsætning til de kendte lejringer, i hvilke lejekomponenterne skal være forbundet via tilsvarende store husdele, hvis deformationer, således som det er beskrevet ovenfor, virker negativt på den magnetiske 5 lejring.

Med det formål at opnå en stor lejestivhed i tyngdepunktslejet består tyngdepunktslejet i overensstemmelse med patentkrav 2 af et sæt magnetringe af hårdt magnetisk materiale med ensrettet aksial magnetisering. Rotor- og statormagnetringe er monteret skiftevis og i 10 forhold til magnetiseringsretningen efter hinanden, idet de i det væsentlige plane frontflader af rotor- og statormagnetringene er monteret over for hinanden i lille aksial afstand.

Monteringen af de aksialt magnetiserede ringe i en kobling efter hinanden, altså i aksialt 15 tiltrækkende placering, har den fordel sammenlignet med kendte magnetlejer, i hvilke ofte flere magneter anbringes, så at de frastøder hinanden, at magnetringene drives med høj indre magnetisk flukstæthed, så at de lokale variationer i koercitivfeltstyrken for det magnetiske materiale kun i ringe grad påvirker ensartetheden af rotorens drejningsbevægelser. Elimineringen af jempolsko med flukskoncentration ved lufts-20 palteme, hvilke jernpolsko benyttes i andre magnetlejer, muliggør et gunstigt forhold mellem den radiale centreringsstivhed for lejet og lejets negative aksiale stivhed og eliminerer samtidigt anvendelsen af de fremstillingsteknisk ugunstige og dermed bekostelige ringformede magneter med radial magnetisering.

25 Til yderligere forøgelse af tyngdepunktslejets stivhed er der i overensstemmelse med det i patentkrav 3 angivne monteret mindst ét andet sæt af magnetringe med en i forhold til det første sæt modsat aksial magnetisering, idet frontfladerne af rotor- eller tatormagnetringe-ne af det ene sæt og frontfladerne af rotor- eller statormagnetringene af det andet sæt ligger i et plan. Som følge af de magnetostatiske forhold kan stivheden af et leje i forhold 30 til det benyttede magnetmaterialevolumen forøges mere end proportionalt med materialevolumenet ved placering af koncentriske polflader med modsat polaritet ved lejespalterne.

Udformningen med koncentriske, i et plan liggende polflader kan på fordelagtig måde 35 også opnås med lokalt forskellig magnetisering af en skive fremstillet af et stykke således DK 173852 B1 4 som det er angivet i patentkrav 3. Med skiver af denne type kan de mekaniske bearbejdningsomkostninger reduceres, og monteringsomkostningerne i forbindelse med tyngdepunktslejet kan formindskes.

5 Til anvendelsestilfælde, ved hvilke magnetlejerne kommer i berøring med kemisk aggressive gasser eller væsker, specielt ved brug af de magnetiske lejer i pumper eller kompressorer, kan de af hårdt magnetisk materiale fremstillede magnetringe eller skiver fortrinsvis udformes med en belægning, som beskytter det hårde magnetiske materiale mod påvirkning fra sådanne medier, således som det er angivet i patentkrav 4.

10 I forbindelse med brug af materialer såsom sjældne jordartsmetaller eller kobolt til magnetringene eller magnetskiverne og i forbindelse med brug i hydrogenholdige medier fremstilles belægningen fortrinsvis af beskyttelsesskiver og/eller beskyttelsesplader, der er fastgjort til magnetringene eller magnetskiverne ved hjælp af krympningsforbindelser 15 eller ved hjælp af klæbning, lodning eller svejsning.

I anvendelsestilfælde, hvor der kun kræves en fugtspærre til at forhindre korrosion, kan magnetringene eller -skiverne fortrinsvis belægges som angivet i krav 4 ved påføring af en flydende fase, hvorved der især dannes en plastimprægnering og kemisk eller gal-20 vanisk påførte metallag uden store omkostninger.

For at undgå en for kraftig mekanisk belastning af magnetringene af hårdt magnetisk materiale som følge af centrifugalkræfter ved store rotationshastigheder indføjes disse magnetringe i overensstemmelse med det i patentkrav 6 angivne på fordelagtig måde i et 25 materiale med stor trækstyrke. Hertil egner sig specielt et fiberlaminatmateriale.

Da tyngdepunktslejet som følge af, at der udelukkende benyttes permamagneter til kraftfrembringelse i lejets centreringsfunktion, ikke kan svigte, og da tyngdepunktslejet sammenlignet med stabiliseringslejet kun er tilordnet ringe dynamiske stabiliseringsop-30 gaver, kan der i tyngdepunktslejet gives afkald på et mekanisk nødløbsleje med høj kvalitet til fordel for en simpel, omkostningsgunstig og brudsikker påløbsbøsning som angivet i patentkrav 6. Den centrerende virkning fra tyngdepunktslejet er under sådanne normale driftsbetingelser tilstrækkelig til sikkert at indfange rotoren efter kortvarige radiale påløb som følge af en radial stødpåvirkning på systemet.

35 DK 173852 B1 5

En fordelagtig og omkostningsgunstig udførelsesform for påløbsbøsningen er angivet i patentkrav 6, ifølge hvilket påløbsbøsningen er af en temperaturbestandig plast med gode glideegenskaber. Der benyttes fortrinsvis PTFE (polytetrafluorethylen) eller polyimid med glidematerialeindlejringer.

5

En anden udførelsesform for lejringen ifølge opfindelsen er angivet i patentkrav 7 til aftastning af den aksiale rotorposition ved hjælp af en sensor, der i alt væsentligt består af to spoler med tilnærmelsesvis samme impedans. Den ene af spolerne er monteret i aksial afstand i forhold til en markeringsdel, der er fastgjort på den ene af de aksiale rotorender 10 og tjener til aftastning af rotorpositionen. Markeringsdelen består af et materiale med stor elektrisk og/eller magnetisk ledningsevne. Begrænsningsfladerne for spolen og markeringsdelen er i alt væsentligt plane og står vinkelret på rotoraksen. Den anden spole i sensoren er monteret over for en på statoren monteret markeringsdel, der består af et materiale, som er sammenligneligt med det materiale, af hvilket rotorens markeringsdel er 15 fremstillet. Sensorens konstruktion omfattende to tilnærmelsesvis identiske spoler er specielt fordelagtig i forbindelse med en differentialtransformer i reguleringsforstærkerens indgangsdel, da temperaturbetingede ændringer i spoleimpedanseme neutraliseres, og som følge deraf fremkalder sensorsystemet ikke nogen temperaturbetinget dejustering af den magnetiske lejring.

20 I overensstemmelse med en anden udførelsesform for lejringen ifølge opfindelsen er der mellem tyngdepunktslejet og stabiliseringslejet monteret en drivmotor 8, således som det er angivet i patentkrav 8. Den på rotorakselen fastgjorte drivmotors rotor består i alt væsentligt af dele af permamagnetisk materiale med lille permeabilitet og er magnetiseret 25 i radial retning. I forbindelse med den magnetiske lejring ifølge opfindelsen giver en motor med en permamagnetisk rotor med lille permeabilitet sammenlignet med de normalt benyttede motorer med kortsluttede rotorer med højpermeabel jernfyldning en fordel i henseende til en forholdsvis mindre negativ radiel stivhed. Denne stivhed forekommer ikke forstyrrende i forbindelse med konventionelle, hårde kugle- eller rullelejer, medens 30 den på utilladelig måde kan reducere den samlede stivhed af et magnetisk leje, specielt et magnetisk leje uden radial elektromagnetisk regulering.

I overensstemmelse med det i patentkrav 8 angivne findes der til drift af drivmotorens permamagnetiske rotor en stator, der har en i forbindelse med flerfasede motorer kon-35 ventionel bevikling og forsynes fra en flerfasegenerator eller flerfaseomsætter. En sådan DK 173852 B1 6 motorkonstruktion adskiller sig på fordelagtig måde fra en kollektorløs jævnstrømsmotor, da den muliggør en højere motorvirkningsgrad. Denne fordel er specielt udtalt i forbindelse med den berøringsløse magnetiske lejring, da varmetab fra motoren ikke overføres til rotoren, fra hvilken varmen som følge af rotorens gode varmeisolering kun 5 vanskeligt kan ledes bort.

I en anden udførelsesform for lejringen ifølge opfindelsen er der på rotoren monteret et aksialt virkende påløbsleje, der består af to mod hinanden vendende og på rotorakselen fastgjorte skulder- eller spindelkuglelejer samt en kapsel, der er forbundet med huset, 10 således som det er angivet i patentkrav 9.

I overensstemmelse med det i patentkrav 10 angivne benyttes lejringen ifølge opfindelsen i forbindelse med en svingningsskive af meget hårdt materiale, specielt af et til høje omdrejningshastigheder udlagt fibermateriale. Systemer af denne type er, således som 15 det er kendt, egnet som energilager til afbrydelsesfrie strømforsyninger og til choppere med stor tidsopløsning.

Rotorlejringen ifølge opfindelsen kan som videre angivet i patentkrav 10 i første række benyttes til rotorer i en aksialt og/eller radialt komprimerende gasturbine, specielt en 20 turbomolekylarpumpe til frembringelse af højvakuum. Til denne anvendelse har lejringen ifølge opfindelsen som følge af sin simple konstruktion og den deraf følgende driftssikkerhed specielt betydning ved anvendelse til vakuumprocesteknik.

En anden anvendelse af lejringen ifølge opfindelsen er til spindeturbiner, som videre 25 angivet i patentkrav 10. Til spindeturbiner er specielt den prisgunstige fremstilling af magnetlejet som følge af lejets simple konstruktion en fordel.

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, der viser udførelsesformer for den magnetiske lejring ifølge opfindelsen og på hvilken 30 fig. 1 i grundkonstruktion viser en magnetisk lejring, fig. 2a et tyngdepunktsleje med et i aksial retning magnetiseret magnetringsæt, fig. 2b et tyngdepunktsleje med to modsat magnetiserede magnetringssæt, fig. 2c et tyngdepunktsleje med magnetskiver, der har to koncentrisk monterede ringformede zoner med modsatte aksiale magnetiseringer, 35 fig. 3 et stabiliseringsleje, 7 DK 173852 B1 fig. 4 en radial påløbsbøsning, fig. 5 en aksialsensor, fig. 6 en drivmotor og fig. 7 et påløbsleje.

5 I fig. 1 er skematisk vist grundkonstruktionen for en magnetisk lejring ifølge opfindelsen.

En rotor 1, der består af en aksel 2 og en på akselen monteret maskindel 3 (fx et svinghjul), er med sit tyngdepunkt 4 monteret i et tyngdepunktsleje 5. Tyngdepunktslejet 5 er fastgjort på et lejehus 6, der også bærer et stabiliseringsleje 7.1 lejehuset 6 er der til 10 aftastning af rotorpositionen monteret en sensor 8, der er forbundet med en indgang på en reguleringsforstærker 9. Reguleringsforstærkeren 9’s udgangsstrøm tilføres en i stabiliseringslejet 7 monteret afbøjningsspole på en sådan måde, at der ved aksiale afvigelser for rotoren fra den givne berøringsløse ønskede position på rotoren udøves en tilbageføringskraft, der har modsat retning. Reguleringsforstærkeren 9 er således 15 fortrinsvis udformet på en sådan måde, at rotoren 1 indtager en aksial position, i hvilken alle i tyngdepunktslejet 5 virkende statiske aksialkræfter udlignes, så at udgangsstrømmen fra reguleringsforstærkeren under disse betingelser er nul. Dette opnås ved passende dimensionering af tyngdepunktslejet 5 og stabiliseringslejet 7, specielt også i forbindelse med en vertikal aksellejring af det samlede system, i hvilket tilfælde der ud 20 over de af tyngdepunktslejet 5 og af stabiliseringslejet 7 frembragte magnetostatiske aksialkræfter yderligere skal optages rotoren 1's samlede vægt. I dette tilfælde skal de opefter rettede magnetkræfter dimensioneres således, at de overstiger de nedefter rettede magnetkræfter, med en kraft, der svarer til denne vægt. Maskindelen 3 er koblet til akselen 2 på en sådan måde, at rotoren 1's tyngdepunkt såvidt muligt falder sammen 25 med midten af tyngdepunktslejet 5.

I fig. 2a er vist en del af et snit gennem en udførelsesform for et tyngdepunktsleje 5. Tyngdepunktslejet har rotormagnetringe 10 og statormagnetringe 11, der i henseende til dimensionerne i vid udstrækning er ens og monteret efter hinanden inde i et tyngde-30 punktslejehus 12, der fortrinsvis er fremstillet afjern eller et andet magnetisk ledende materiale, på en sådan måde, at rotormagnetringene 10a, 10b er placeret mellem statormagnetringene 11a, 11b og 11c. Rotormagnetringene 10a, 10b er fastgjort ved hjælp af en understøtningsskive 13 på akselen 2. Frontalfladerne af rotor- og statormagnetringene er placeret i lille indbyrdes aksial afstand.

35 DK 173852 B1 8

Alle rotor- og statormagnetringene 10 og 11 i tyngdepunktslejet 5 består af hårdt magnetisk materiale og er magnetiseret i akseparallel retning. Rotor- og statormagnetringene er fastgjort på henholdsvis akselen 2 og tyngdepunktslejehuset 12 på en sådan måde, at de i henseende til deres magnetiseringsretning 14, der er antydet med pile i fig. 2a til 2c er 5 monteret efter hinanden. I lejespalterne mellem stator- og rotormagnetringene er der følgelig placeret magnetpoler mod modsat polaritet over for hinanden, mellem hvilke magnetpoler der opbygges et kraftigt magnetfelt med indbyrdes tiltrækning. Tiltræk-ningskræfteme tager kraftigt til desto mindre lejespalterne bliver. Med rotormagnetringene i midterstillingen mellem statormagnetringene opstår der en kraftligevægt, som imidlertid 10 er overordentlig ustabil og kun kan opretholdes ved en tilsvarende udformning af stabiliseringslejet 7 (fig. 3).

Det mellem rotor- og statormagnetringenes frontalflader herskende magnetfelt fremkalder en kraftig radial tilbageføringskraft mellem magnetringene. Magnetringene skal i det 15 mindste være således dimensioneret, at rotorvægten kan optages. I aksial retning kan tilsvarende tilbageføringskræfter frembringes med en aksial forskydning af rotoren, så at specielt ved en lodret akselejring de af de ændrede lejespaltebredder resulterende magnetiske differenskræfter fremkalder vægtudligningen.

20 Rotormagnetringene 10a og 10b er i den viste udførelsesform indpasset i beskyttelsesringene 15 af et materiale med stor trækstyrke, så at de ikke rives i stykker som følge af centrifugalkræfter ved høje omdrejningshastigheder. Som materiale til panserringene 15 egner sig, foruden meget hårde ædelstål- eller titanlegeringer, specielt fiberforstærket plast såsom glas-, carbon- eller borfiberforstærket plast.

25 I fig. 2b er vist en variant af tyngdepunktslejet 5 med rotor- og statormagnetringe, der igen er monteret koncentrisk, idet et i radial retning yderstliggende sæt af rotormagnetringe 16a og 16b og statormagnetringe 17a, 17b og 17c og et inderstliggende sæt af rotormagnetringe 18a g 18b og statormagnetringe 19a, 19b og 19c er monteret ved siden af 30 hinanden. Det yderstliggende sæt af magnetringe 16 og 17 og det inderstliggende sæt af magnetringe 18 og 19 er hvert magnetiseret aksialt med modsat retning. Frontalfladerne af alle magnetringene ligger for rotor- og statormagnetringene i samme plan.

I forhold til det benyttede magnetmaterialevolumen giver en sådan placering af mag-35 netringe en ca. 50% højere lejestivhed sammenlignet med den lejekonstruktion, som er DK 173852 B1 9 beskrevet under henvisning til den i fig. 2a viste udførelsesform. Uden en væsentlig forøgelse af tyngdepunktslejehuset 12's yderdiameter kan der dermed med uforandret konstruktionslængde installeres en flere gange større kraftreserve i tyngdepunktslejet 5.

5 En endnu mere udtalt udnyttelse af det benyttede magnetmateriale opnås med den i fig.

2c viste variant af tyngdepunktslejet 5.1 dette tyngdepunktsleje er der i stedet for de i fig.

2b viste og til hinanden tilpassede rotor- og statormagnetringe monteret skiver 20a, 20b, 21a og 21b af hårdt magnetisk materiale, der har koncentriske ringformede zoner med modsat magnetisering angivet med pile og således afpasset og udformet, at skivernes 10 permamagnetiske zoner svarende til den i fig. 2b viste lejekonstruktion er magnetiseret i modsatte retninger i det yderste og det inderste område. I denne magnetlejeudformning er alle skiverne fortrinsvis monteret på jernåg 22 og 23, hvorved virkningen fra de permamagnetiske zoner kan forøges yderligere. I den i fig. 2c viste udførelsesform er tilvejebragt en beskyttelsesring 24 af umagnetisk materiale med stor trækstyrke, hvilken 15 beskyttelsesring omslutter alle rotormagnetringe i deres samlede aksiale længde.

I fig. 3 er vist udformningen af stabiliseringslejet 7.1 stabiliseringslejet 7's hus 25 er monteret to elektriske spoler 26a og 26b, der samvirker med to på akselen 2 fastgjorte ringformede magneter 27a og 27b af permamagnetisk materiale på en sådan måde, at 20 der på rotoren 1 i den ringformede magnets midterstilling i huset 25 overføres en aksial kraft, hvis retning og størrelse entydigt og lineært er tilordnet retningen og størrelsen af den strøm, som løber gennem spolerne. Strømmens gennemløbsretning i spolerne 26a og 26b er således indbyrdes modsat. 1 2 3 4 5 6

De ringformede magneter 27a og 27b i stabiliseringslejet 7 er monteret på understøt 2 ningsskiver 28a og 28b og indføjet i beskyttelsesringe 29a og 29b af et umagnetisk 3 materiale med stor trækstyrke. En skive 30, der er fast forbundet med statoren, rager ind 4 mellem de ringformede magneter 27a og 27b, hvilken skive er af et elektrisk godt ledende 5 materiale, fortrinsvis kobber. I skiven 30 induceres der elektriske hvirvelstrømme ved 6 hjælp af de ringformede magneter 27a og 27b ved rotoren 1's radiale vibrationer. Den i rotoren 1's vibrationsbevægelse indeholdte mekaniske energi overføres derved induktivt til skiven 30 og omsættes til varme. På denne måde dæmpes rotoren 1's vibrationer på effektiv måde.

DK 173852 B1 10

Ved rotoren 1’s drejningsbevægelse om sin rotorakse 31 frembringes der forsvindende små hvirvelstrømme i skiven 30, da den magnetiske fluks gennem skiven ikke ændrer sig ved denne bevægelse. Skiven 30 har uden for den af de ringformede magneter 27a og 27b dannede spalte en krave 32, der forbedrer den ydre kortslutning til hvirvelstrømmene, 5 så at vibrationsdæmpningen bliver mere effektiv.

I fig. 5 er vist et snit gennem en sensor 8, der tjener til detektering af den aksiale rotorposition. Der er monteret to sensor- eller detektorspoler 33 og 34 med i alt væsentligt identiske dimensioner og vindingsantal på et detektorhus 35.1 lille aksial afstand fra 10 detektorspolen 33’s frontflade er der på akselenden 36 placeret en markeringsdel 37 af elektrisk og/eller magnetisk godt ledende materiale, fx af aluminium, ferrit eller stål. Den anden detektorspole 34 er monteret over for en tilsvarende markeringsdel 38, der er fastgjort på detektorhuset 35.1 den i figuren viste udførelsesform består markeringsdelen 38 af det samme materiale som markeringsdelen 37. Detektorspolernes og 15 markeringsdelenes begrænsningsflader er placeret i lille aksial afstand fra hinanden. Detektorspolerne 33 og 34 gennemstrømmes af en højfrekvent vekselstrøm, der tilføres fra en reguleringsforstærker 9 (se fig. 1), og som tjener til måling af spoleimpedansen ved den givne vekselstrømsfrekvens. Detektorspolerne 33’s og 34's impedanser er følgelig tilnærmelsesvis identiske, når detektorspolernes afstande til markeringsdelene 37's og 20 38's begrænsningsflader er tilnærmelsesvis ens. Det i reguleringsforstærkeren 9 frembragte elektriske signal er i dette tilfælde tilnærmelsesvis lig nul. Ved en aksial rotorafvigelse er signalet entydigt tilordnet retningen og størrelsen af rotorens afvigelse fra den neutrale rotorposition i henseende til fortegn og størrelse. 1 2 3 4 5 6

Reguleringsforstærkeren 9's signal, som tilnærmelsesvis er proportionalt med den aksiale 2 rotorposition, udsættes for en fasefremskyndelse. Som følge af denne fasefremskyndelse 3 overføres der foruden den ønskede tilbageføringskraft samtidigt en dæmpningskraft i 4 aksial retning til rotoren, så at specielt stødlignende belastninger på magnetiejet ikke fører 5 til aksiale rotorvibrationer.

6

Lejringen ifølge opfindelsen er følgelig stabil og dæmpet i alle retninger, idet der kun arbejdes med elektromagnetiske afbøjningsmidler i rotorens rotorakseretning 31, og der i øvrigt kun virker permamagneter på lejringen.

DK 173852 B1 11 I fig. 6 er vist et snit gennem en drivmotor 39 til drift af rotoren. Som rotor i drivmotoren er der på rotoren 1's aksel 2 fastgjort en rotordel 40, der hovedsageligt består af permamagnetisk materiale med radial magnetisering. Rotordelen 40 er berøringsløst omsluttet af en motorstator 41, der har en drejestrøms- eller flerfasevikling 41', og som 5 tilføres strøm fra en flerfaset drejestrømsgenerator eller drejestrømsomsætter 42.

Drivmotoren 39 kan være monteret på et vilkårligt frit sted på akselen 2, specielt kan drivmotoren være monteret mellem tyngddepunktslejet 5 og stabiliseringslejet 7.

I fig. 7 er vist et på rotorens aksel 2 monteret påløbsleje 43. Påløbslejet har to på akselen 10 2 fastgjorte skulder- eller spindellejer 44 og 45, der er monteret over for hinanden.

Skulder- eller spindellejeme samvirker aksialt med en på lejehuset 6 fastgjort kapsel 46, der skal være udformet af flere dele, så at lejerne, når påløbslejet er monteret, omsluttes af kapselen på en sådan måde, at de ydre frontalflader af lejet kan understøttes af anlægsflader 47 på kapselen 46, når rotoren 1 føres så langt i aksial retning, at en til-15 ladelig berøringsløs maksimalafvigelse overskrides. I dette tilfælde, specielt når stabiliseringslejet 7's aksiale stabiliseringsfunktion svigter, overtager påløbslejet opgaven med aksial understøtning af rotoren. Anlægsfladerne 47 forhindrer en videre bevægelse af rotoren 1.

20 I tyngdepunktslejet er rotormagnetringene i de viste udførelsesformer monteret mellem statormagnetringene. Denne tilordning af rotor- og statormagnetringe kan også udformes på anden måde, når blot den magnetiske placering efter hinanden af magnetringenespg skivernes magnetiske zoner bevares. I forbindelse med den magnetiske lejring ifølge opfindelsen kan også stator- og rotordele varieres. Det er således uden ændring af 25 lejevirkningen muligt at montere den magnetiskelejrings statordeie på en stationær akse og rotordelene på en hul aksel, der omslutter førstnævnte aksel, og som understøtter den maskindel, som roterer omkring aksen.

Ved brug af den magnetiske lejring ifølge opfindelsen til maskinaggregater, i hvilke den 30 magnetiske lejring kan komme i berøring med korroderende medier, beskyttes magnetringene foruden af de allerede beskrevne beskyttelsesringe, der er påkrympbare, også på deres frontale flader. Til dette formål egner sig fx beskyttelsesblik, der er klæbet på frontfladerne af magnetringene, og som er af ikke magnetiserbart materiale, fx af ædelstål. I stedet for beskyttelsesplader er en belægning af magnetringene ved galvanisk 35 påføring af beskyttelseslag fra en flydende fase også mulig.

DK 173852 B1 12

Til radial begrænsning af akselen 2's bevægelsesfrihed er der i fig. 4 vist en påløbsbøsning 48, der er fastgjort til tyngdepunktslejehuset 12. Påløbsbøsningen 48 består fortrinsvis af en plast med gode glideegenskaber, fx PTFE eller polyimid med indlejrede 5 glidestoffer.

Claims (8)

1. Magnetisk lejeanordning til en rotor med lejer, som anvender permanente magneter kendetegnet ved at et første leje med forholdsvis stor stivhed, i det følgende 5 benævnt tyngdepunktslejet (5), bærer den største del af rotorvægten og er anbragt således at det optager de radiale lejekræfter idet tyngdepunktet af rotoren er anbragt indenfor tyngdepunktslejets udstrækning, og et andet permanent magnetisk leje, som udgør et stabiliseringsleje(7), med relativt mindre stivhed, hvilket stabiliseringsleje holder rotoren i en berøringsfri position i forhold til statoren, hvilket stabiliseringsleje til 10 stabilisering af rotoren, indeholder de elektriske spoler (26a,26b), som er anbragt på statoren og som samvirker med magnetiserbare elementer anbragt på rotoren (1), og desuden omfatter lejeanordningen en indretning til hvirvelstrømsdæmpning ved radiale bevægelser af rotoren (1) i forhold til statoren.

2. Magnetisk lejring ifølge krav 1, kendetegnet ved, at tyngdepunktslejet (5) består af et koaksialt i forhold til rotoraksen monteret sæt af magnetringe (10,11) af hårdt magnetisk materiale med ensrettet aksial magnetisering, idet der i aksial retning skiftevis er monteret rotor- og statormagnetringe, og idet rotor- og statormagnetringene er placeret med de i alt 20 væsentligt plane frontplader i indbyrdes lille aksial afstand.

3. Magnetisk lejring ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der foruden det første sæt rotor- og statormagnetringe (16a, 16b, 17a, 17b og 17c) er monteret mindst ét andet sæt magnetringe (18a, 18b, 19a, 19b 25 og 19c) med en i forhold til det første sæt modsat aksial magnetisering, idet frontflademe af rotor- og statormagnetringene (16a, 16b, 17a, 17b og 17c) af det første sæt og frontfladerne af rotor- og statormagnetringene (18a, 18b, 19a, 19b og 19c) af det andet sæt ligger i samme plan, og at der som magnetringe benyttes skiver (20a, 20b, 21a, 21b) af hårdt magnetisk materiale med mindst to koncentriske ringformede zoner med modsat 30 aksial magnetisering. 1 2 3 Magnetisk lejring ifølge krav 2 eller 3, 2 kendetegnet ved, at magnetringene har en belægning, der beskytter materialet 3 mod aggressive medier, og at belægningen fortrinsvis består af beskyttelsesringe og/eller DK 173852 B1 beskyttelsesblik, der er fastgjort på magnetringene, eller at belægningen på magnetringene er frembragt ved udfældning fra en flydende fase.

5. Magnetisk lejring ifølge krav 4, 5 kendetegnet ved, at belægningen består af et materiale med stor trækstyrke.

6. Magnetisk lejring ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at tyngdepunktslejet (5) har en påløbsbøsning til mekanisk begrænsning af det radiale spillerum, og at påløbsbøsningen fortrinsvis er af tempera- 10 turbestandig plast med gode glideegenskaber, fortrinsvis PTFE (polytetrafluorethylen) eller polyimid med indlejrede glidematerialer.

7. Magnetisk lejring ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at der til aftastning af den aksiale rotorposition findes en sensor 15 eller detektor (8), der i alt væsentligt består af to detektor- eller sensorspoler (33, 34), der har tilnærmelsesvis samme impedans, og af hvilke den ene spole (33) er monteret over for en på den aksiale akselende (36) monteret markeringsdel (37) af et materiale med høj elektrisk og/eller magnetisk ledningsevne i lille aksial afstand fra samme, idet de ovenfor hinanden liggende begrænsningsflader af spolen (33) og markeringsdelen (37) er i alt væ-20 sentligt plane og står vinkelret på rotoraksen (31), medens den anden spole (34) er monteret over for en på detektorhuset (35) monteret markeringsdel (38) af et materiale, hvis elektriske og magnetiske egenskaber i vid udstrækning svarer til den på rotoren (1) monterede markeringsdels (37) egenskaber.

8. Magnetisk lejring ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at der er monteret en drivmotor (39) til rotoren (1) med en drivmotorrotor (40) af et i radial retning magnetiseret permamagnetisk materiale, og at drivmotoren (39) fortrinsvis haren motorstator (41) med en for fierfasemotorer konventionel vikling, der tilføres strøm fra en flerfasedrejestrømsgenerator eller dreje-30 strømsomsætter (42). 1 Magnetisk lejring ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at der på rotoren er monteret et aksialt virkende påløbsleje (43), der har to på rotorens (1) aksel (2) fastgjorte skulder- eller spindelkuglelejer (44, 45), der 35 er monteret over for hinanden og består af en med lejehuset (6) forbundet kapsel (46). DK 173852 B1

10. Magnetisk leje ifølge et hvilket som helst af de foregående krav, kendetegnet ved, at det magnetiske leje benyttes til lejring af en rotor, der understøtter en svingskive (3) af meget hårdt materiale, specielt af et til høje 5 omdrejningshastigheder udlagt fiberforstærket materiale, og/eller at den magnetiske lejring benyttes til rotorlejring af aksialt og/eller radialt komprimerende gasturbiner, specielt til turbomolekylarpumper, og/eller at den magnetiske lejring benyttes til rotorlejring af en roterende turbine.