EP1280997A2 - Magnetic bearing with damping - Google Patents

Magnetic bearing with damping

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EP1280997A2
EP1280997A2 EP01936224A EP01936224A EP1280997A2 EP 1280997 A2 EP1280997 A2 EP 1280997A2 EP 01936224 A EP01936224 A EP 01936224A EP 01936224 A EP01936224 A EP 01936224A EP 1280997 A2 EP1280997 A2 EP 1280997A2
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EP
European Patent Office
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magnetic
ring
rings
bearing
damping
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01936224A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Christian Beyer
Heinrich Engländer
Josef Hodapp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Leybold GmbH
Original Assignee
Leybold Vakuum GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

The invention relates to a magnetic bearing for rapidly rotating machines (1), in particular, for turbo compressors, drag vacuum pumps, or similar, comprising two bearings (3, 4), each with a stator magnetic-ring set (5, 7) and a rotor magnetic-ring set (6, 8) and means (31) for damping the rotor movement, preferably in a radial direction. According to the invention, the damping agent may be simplified, whereby the magnetic bearing (3, 4) consists of magnetic-ring sets (5, 6; 7, 8) arranged concentrically to each other, in which the fixed magnetic-ring set (5 or 7) is arranged externally and the rotating magnetic-ring set (6 or 8) is arranged internally and the damping agent (32, 54, 55) is connected to the outer circumference surfaces of at least one part of the magnetic ring of each of the stator-side magnetic-ring sets (5, 7) and is made from a non-magnetic, material with good electrical conducting properties.

Description

Magnetlagerung mit DämpfungMagnetic bearing with damping
Die Erfindung bezieht sich auf eine Magnetlagerung für schnell drehende Maschinen, insbesondere für Turboverdichter, Reibungsvakuumpumpen oder dergleichen, mit zwei Magnetlagern, die jeweils aus einem statorseitigen Magnetringpaket und einem rotorseitigen Magnetringpaket bestehen, sowie mit Mitteln zur Dämpfung der Rotorbewegung.The invention relates to a magnetic bearing for fast rotating machines, in particular for turbocompressors, friction vacuum pumps or the like, with two magnetic bearings, each consisting of a stator-side magnetic ring package and a rotor-side magnetic ring package, and with means for damping the rotor movement.
Aus der EP 413 851 AI ist eine Magnetlagerung dieser Art bekannt. Sie besteht aus zwei Lagern. Das erste, passiv ausgebildete Lager weist ineinander greifende Stator- und Rotormagnetringe auf. Das zweite, axial aktiv ausgebildete Lager ist mit zwei axial voneinander beabstandeten Rotormagnetringen ausgerüstet. In den von diesen Ringen gebildeten Ringraum greift von außen eine Ringscheibe aus nicht magnetisierbarem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit ein, welche die gewünschte Dämpfung insbesondere der radialen Rotorbewegungen bewirkt. Diese Dämpfung beruht auf der Induktion von Wir- beiströmen durch Veränderungen der magnetischen Durchflutung in dem elektrisch gut leitenden Werkstoff. Die dabei in der senkrecht vom Magnetfeld durchsetzten Scheibe induzierten Wirbelströme erzeugen elektromagnetische Gegenkräfte, die radialen Auslenkungen des Rotorsystems entgegenwirken und damit diese Bewegungen dämpfen.A magnetic bearing of this type is known from EP 413 851 AI. It consists of two camps. The first, passively designed bearing has interlocking stator and rotor magnet rings. The second, axially active bearing is equipped with two axially spaced rotor magnet rings. An annular disk made of non-magnetizable material with high electrical conductivity engages from the outside in the annular space formed by these rings, which brings about the desired damping, in particular of the radial rotor movements. This damping is based on the induction of flow through by changes in the magnetic flux in the electrically highly conductive material. The eddy currents induced in the disk, which is perpendicularly penetrated by the magnetic field, generate electromagnetic counterforces which counteract radial deflections of the rotor system and thus dampen these movements.
Nachteilig an der vorbekannten Lösung ist zunächst, dass sowohl die Magnetringe des passiven Lagers als auch die Magnetringe und die dazwischen angeordnete Ringscheibe miteinander verzahnt sind. Dadurch ergibt sich ein hoher Montageaufwand. Außerdem bereiten Änderungen in der Länge des Rotors, welche bei Temperaturbelastungen auftreten, Lagerprobleme. Weiterhin ist die Dämpfung auf den Ort des aktiven Lagers beschränkt, das heißt, dass die Dämpfung bewirkende Gegenkräfte nur lokal auftreten.A disadvantage of the known solution is first of all that both the magnetic rings of the passive bearing and the magnetic rings and the annular disk arranged between them are interlocked. This results in a high installation effort. In addition, changes in the length of the rotor, which occur under temperature loads, cause storage problems. Furthermore, the damping is limited to the location of the active bearing, that is to say that counterforces which cause the damping only occur locally.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetlagerung mit den eingangs genannten Merkmalen zu schaffen, bei der die Dämpfung nicht nur auf eines der beiden Lager beschränkt ist und die einfacher hergestellt und montiert werden kann.The present invention has for its object to provide a magnetic bearing with the features mentioned, in which the damping is not limited to just one of the two bearings and which can be manufactured and assembled more easily.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of the claims.
Dadurch, dass die Dämpfungsmittel jedem der Magnetringe, zugeordnet werden können, vorzugsweise mindestens einem Teil der Magnetringe der jeweils statorsei- tigen Mägnetringpakete zugeordnet ist, können in beiden Magnetlagern die Rotorbewegung dämpfende Gegenkräfte erzeugt werden, also nicht nur im aktiv geregelten Lager. Eine Nerzahnung von statorseitigen und rotorseitigen Ringen ist nicht mehr erforderlich. Herstellung und Montage der Lager sind dadurch im Vergleich zum Stand « der Technik einfacher.Because the damping means can be assigned to each of the magnetic rings, preferably at least some of the magnetic rings of the respective stator side associated magnetic ring sets, opposing forces damping the rotor movement can be generated in both magnetic bearings, i.e. not only in the actively controlled bearing. Mink teeth on stator-side and rotor-side rings are no longer required. This makes the manufacture and assembly of the bearings easier compared to the state of the art.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen anhand von in den Figuren 1 bis 10 erläutert werden. Es zeigenFurther advantages and details of the invention will be explained with reference to FIGS. 1 to 10. Show it
Figuren 1 und 2 eine schematische Darstellung von Maschinen mit Rotoren, die sich jeweils in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Magnetlagerung abstützen,FIGS. 1 and 2 show a schematic representation of machines with rotors, which are each supported in a magnetic bearing designed according to the invention,
Figur 3 eine Turbomolekular-/Molekularvakuumpumpe mit der erfindungsgemäßen Lagerung,FIG. 3 shows a turbomolecular / molecular vacuum pump with the bearing according to the invention,
Figuren 4 bis 7 Teilschnitte durch Magnetlager nach der Erfindung mit unterschiedlich gestalteten Mitteln zur Axialregelung undFigures 4 to 7 partial sections through magnetic bearings according to the invention with differently designed means for axial control and
Figuren 8 bis 10 Beispiele für Ausführungen der Magnetlager mit Dämpfungsmitteln.Figures 8 to 10 examples of designs of magnetic bearings with damping means.
Bei den in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellten Maschinen ist das rotierende System 2 in zwei Magnetlagern 3, 4 aufgehängt. Jedes der Magnetlager 3, 4 besteht aus zwei Ringpaketen 5, 6 (Lager 3) bzw. 7, 8 (Lager 4) . Das jeweils innere Ringpaket 5, 7 ist ortsfest montiert, die äußeren Ringpakete 6, 8, die das jeweils innere Ringpaket konzentrisch und berührungsfrei (Spalt 9) umgeben, sind Bestandteile des rotierenden Systems 2. Der Aufbau ist insgesamt rotationssymmetrisch. Ein Antriebsmotor ist nicht dargestellt.In the machines shown schematically in FIGS. 1 and 2, the rotating system 2 is suspended in two magnetic bearings 3, 4. Each of the magnetic bearings 3, 4 consists of two ring packs 5, 6 (bearings 3) and 7, 8 (Camp 4). The respective inner ring packet 5, 7 is fixed in place, the outer ring packs 6, 8, which surround the respective inner ring packet concentrically and without contact (gap 9), are components of the rotating system 2. The overall structure is rotationally symmetrical. A drive motor is not shown.
Das rotierende System 2 ist auf beiden Stirnseiten mit zentralen Ausnehmungen 11, 12 versehen. Die Wandungen dieser Ausnehmungen bilden Aufnahmen 13, 14 für die rotierenden Magnetringpakete 6, 8. Bei der Aufnahme 14 handelt es sich um eine rohrförmige Armierung aus nicht magnetisierbarem Werkstoff, z.B. CFK, welche vorzugsweise über einen Presssitz am rotierenden System 2 befestigt ist. Ein die Ausnehmung 12 umgebender Abschnitt der Armierung 14 trägt auf seiner Innenseite das Magnetringpaket 8.The rotating system 2 is provided on both ends with central recesses 11, 12. The walls of these recesses form receptacles 13, 14 for the rotating magnet ring packages 6, 8. The receptacle 14 is a tubular reinforcement made of non-magnetizable material, e.g. CFRP, which is preferably attached to the rotating system 2 via a press fit. A section of the reinforcement 14 surrounding the recess 12 carries the magnet ring package 8 on its inside.
In die Ausnehmungen 11, 12 ragen ortsfeste Träger 15, 16 mit Aufnahmen 17, 18 für die ortsfesten Magnetringpakete 5, 7 derart hinein, dass die äußeren Ringpakete 6, 8 die inneren Pakete 5, 6 konzentrisch umfassen. Die in den Figuren jeweils unteren Träger 16 weisen eine zentrale Bohrung 19 für einen Wellenstumpf 20 des rotierenden Systems 2 auf, dessen Stirnseite ein Axialsensor 21 zugeordnet ist.Fixed supports 15, 16 with receptacles 17, 18 for the fixed magnetic ring packs 5, 7 protrude into the recesses 11, 12 such that the outer ring packs 6, 8 concentrically enclose the inner packets 5, 6. The respective lower supports 16 in the figures have a central bore 19 for a stub shaft 20 of the rotating system 2, the end face of which is assigned an axial sensor 21.
Der Axialsensor 21 ist Bestandteil der Mittel zur Axialregelung des Magnetlagers 4. Ein oder mehrere Spulen 23 mit jeweils einem U-förmigen, zum Ringpaket 8 hin offenen Joch 24 erzeugen die mit gestrichelten Li- nien und Pfeilen 25 angedeuteten Magnetfelder. In den Figuren 1 und 2 sind jeweils zwei das Ringpaket 8 umgebende Spulen 23 vorgesehen. Ihre Jochbauteile 24 sind durch eine Distanzscheibe 26 aus nicht-ferritischem Werkstoff voneinander getrennt.The axial sensor 21 is part of the means for the axial control of the magnetic bearing 4. One or more coils 23, each with a U-shaped yoke 24 that is open toward the ring packet 8, generate the yokes with dashed lines lines and arrows 25 indicated magnetic fields. In Figures 1 and 2, two coils 23 surrounding the ring packet 8 are provided. Your yoke components 24 are separated from each other by a spacer 26 made of non-ferritic material.
Der Steuerung der Spulen bzw. der von den Spulen 23 erzeugten Magnetfelder in Abhängigkeit der vom Sensor 21 gelieferten Signale dient ein Regler 27. Im Spalt 28 zwischen den jeweils äußeren, rotierenden Ringpaketen 6, 8 und den Spulen 23 bzw. Stirnseiten der Schenkel der Jochbauteile 24 werden die der Axial-Regelung dienenden Magnetkräfte wirksam.A controller 27 is used to control the coils or the magnetic fields generated by the coils 23 as a function of the signals supplied by the sensor 21. In the gap 28 between the respective outer, rotating ring packs 6, 8 and the coils 23 or end faces of the legs of the yoke components 24, the magnetic forces serving to control the axis become effective.
Die Ringpakete 5 bis 8 bestehen jeweils aus in axialer Richtung magnetisierten Ringen, die derart polwechselnd (beispielhaft angedeutet im Lager 3 nach Figur 1) angeordnet sind, dass die Ringpakete 5, 6 bzw. 7, 8 der Magnetlager 3, 4 einander abstoßen. Vorzugsweise sind so viele Außen- und Innenringpaare vorgesehen, dass jedes der Magnetringpakete auf beiden Seiten mit dem gleichen Magnetpol endet. Bei der Lösung nach Figur 1 bilden die Ringpakete 5, 6 bzw. 7, 8 jeweils zwei konzentrisch zueinander angeordnete Zylinder. Die Abmessungen der Magnetringe der Magnetringpakete 5, 7 bzw. 6, 8 sind zweckmäßig jeweils identisch. Bei der Lösung nach Figur 2 verändern sich die Durchmesser der einander zugewandten Umfangsflächen der Ringe beider Ringpakete 5, 6 bzw. 7, 8 der Lager 3, 4 stufenweise (gleichsinnig), so dass auch der Spalt 9 Stufenform hat. Auch der Spalt 28 im Lager 4 kann (anders als in Figur 2 dargestellt) Stufenform haben.The ring packs 5 to 8 each consist of rings magnetized in the axial direction, which are arranged so as to change poles (indicated by way of example in the bearing 3 according to FIG. 1) in such a way that the ring packs 5, 6 and 7, 8 of the magnetic bearings 3, 4 repel one another. Preferably, so many outer and inner ring pairs are provided that each of the magnetic ring packages ends on both sides with the same magnetic pole. In the solution according to FIG. 1, the ring packs 5, 6 and 7, 8 each form two cylinders arranged concentrically to one another. The dimensions of the magnetic rings of the magnetic ring packages 5, 7 and 6, 8 are expediently identical in each case. In the solution according to FIG. 2, the diameters of the mutually facing circumferential surfaces of the rings of both ring packs 5, 6 and 7, 8 of the bearings 3, 4 change stepwise (in the same direction), so that the gap 9 also has a step shape. The gap 28 too in the bearing 4 can (differently than shown in Figure 2) have a step shape.
Im oberen Lager 3 kann der Querschnitt des rotierenden Magneten kleiner gehalten werden als im Lager 4. Dies spart Kosten für Magnetmaterial.In the upper bearing 3, the cross section of the rotating magnet can be kept smaller than in the bearing 4. This saves costs for magnetic material.
In Lager 4 ist es erforderlich, dass der Spalt 28 zwischen Polflächen der Jochbauteile und den Magneten, die über den konstanten Innendurchmesser des CFK-Rohres gehalten werden, klein ist, damit das Axiallager auf die Magneten wirken kann.In bearing 4 it is necessary that the gap 28 between the pole faces of the yoke components and the magnets, which are kept above the constant inside diameter of the CFRP tube, is small so that the axial bearing can act on the magnets.
Die Ringe der Magnetringpakete 5 bis 8 sind fest in ihren Aufnahmen 13, 14, 17, 18 gehaltert. Beiden Stirnseiten eines jeden Magnetringes liegen kreisringförmige Distanzscheiben 31 an, die aus nicht ferritischen Werkstoffen bestehen, damit die magnetischen Kräfte vorzugsweise in den Spalten 9 bzw. 28 wirksam werden. Hat der Werkstoff der Distanzringscheiben 31 zusätzlich elektrisch gut leitende Eigenschaften (z. B. Kupfer), wird bereits eine Dämpfung der Rotorbewegungen erzielt. Besonders wirksam sind die Dämpfungsmittel jedoch, wenn sie den äußeren Umfangsflächen der Magnetringe der statorseitigen Magnetringpakete 5, 7 zugeordnet sind. Bei der Ausführung nach Figur 1 werden diese Dämpfungsmittel von einer Hülse 32 bzw. 33 aus elektrisch gut leitendem Werkstoff gebildet, die die Magnetringpakete 5, 7 umgeben. Die Hüls.en haben darüberhinaus die Wirkung, dass sie die Magnetringe der Magnetringpakete 5, 7 kapseln. Dadurch sind die Magnetwerkstoffe vor aggressiven Gasen (z.B. Wasserstoff bei Reibungsvakuumpumpen) geschützt. Als Beispiel sind in Figur 2 gestufte Hülsen 32, 33 für die jeweils ortsfesten Ringpakete 5, 7 dargestellt. Sie sind seitlich von den Ringpaketen mit den zugehörigen Aufnahmen gasdicht verbunden, z.B. verschweißt. Auch die rotierenden Magnetringpakete 6, 8 können ähnlich gekapselt sein.The rings of the magnetic ring packs 5 to 8 are held firmly in their receptacles 13, 14, 17, 18. Annular spacer disks 31, which consist of non-ferritic materials, rest on both end faces of each magnetic ring, so that the magnetic forces are preferably effective in the columns 9 and 28, respectively. If the material of the spacer washers 31 also has good electrical conductivity properties (e.g. copper), damping of the rotor movements is already achieved. However, the damping means are particularly effective if they are assigned to the outer circumferential surfaces of the magnetic rings of the stator-side magnetic ring packages 5, 7. In the embodiment according to FIG. 1, these damping means are formed by a sleeve 32 or 33 made of a material which is a good electrical conductor and which surround the magnet ring packages 5, 7. The sleeves also have the effect of encapsulating the magnetic rings of the magnetic ring packages 5, 7. This protects the magnetic materials from aggressive gases (e.g. hydrogen in friction vacuum pumps). As an example, tiered sleeves 32, 33 for the respective stationary ring packs 5, 7 are shown in FIG. They are connected gas-tight to the side of the ring packs with the associated receptacles, for example welded. The rotating magnet ring packages 6, 8 can also be encapsulated in a similar manner.
Vorzugsweise sind die Innen- und Außenringe der Ringpakete 5, 6 bzw. 7, 8 jeweils paarweise angeordnet. Zur Verbesserung der Axialregelung kann es zweckmäßig sein, dem äußeren, rotierenden Ringpaket 8 des axial aktiven Magnetlagers 4 weitere Ringe hinzuzufügen. Varianten dieser Art sind in den Figuren 1 und 2 dargestellt. Das Ringpaket 8 weist zwei Ringe mehr als das Ringpaket 7 auf. Die beiden äußeren, mit 29 bezeichneten Ringe wurden dem Paket 8 hinzugefügt. Dabei kann es sich um weich-ferritische Ringe handeln; vorzugsweise sind aber zwei weitere Magnetringe hinzugefügt.The inner and outer rings of the ring packs 5, 6 and 7, 8 are preferably arranged in pairs. To improve the axial control, it may be useful to add 4 more rings to the outer, rotating ring assembly 8 of the axially active magnetic bearing. Variants of this type are shown in Figures 1 and 2. The ring packet 8 has two rings more than the ring packet 7. The two outer rings, labeled 29, have been added to package 8. These can be soft ferritic rings; but preferably two further magnetic rings are added.
Bei der in Figur 3 dargestellten Maschine 1, eine Turbomolekular-/Molekularpumpe, sind im Gehäuse 35 mit dem Anschlussflansch 36 Statorschaufeln 37 montiert. Der magnetisch gelagerte Rotor 2 trägt Rotorschaufeln 38, die zwischen den Statorschaufeln 37 umlaufen und die Förderung der Gase bewirken. Bei der Pumpe 1 handelt es sich um eine Compound-Pumpe. An den mit Schaufeln aus- gerüsteten Abschnitt schließt sich ein Molekularpumpen- abschnitt 39 an.In the machine 1 shown in FIG. 3, a turbomolecular / molecular pump, 36 stator blades 37 are mounted in the housing 35 with the connecting flange 36. The magnetically mounted rotor 2 carries rotor blades 38, which rotate between the stator blades 37 and cause the gases to be conveyed. Pump 1 is a compound pump. On the with blades equipped section is followed by a molecular pump section 39.
Der Rotor 2 ist in den beiden Magnetlagern 3 und 4 aufgehängt. Das Magnetlager 3 befindet sich auf der Hochvakuumseite. Der Träger 15 des ortsfesten Magnetringpa-^ ketes 5 mit seiner Aufnahme 17 ist Bestandteil eines Lagersterns 41.The rotor 2 is suspended in the two magnetic bearings 3 and 4. The magnetic bearing 3 is located on the high vacuum side. The carrier 15 of the fixed magnetic ring package 5 with its receptacle 17 is part of a bearing star 41.
Das Magnetlager 4 befindet sich auf der Vorvakuumseite der Pumpe 1. Beide Lager haben etwa die gleiche Stei- figkeit. Der Schwerpunkt des rotierenden Systems 2 ist mit 42 bezeichnet.The magnetic bearing 4 is located on the fore-vacuum side of the pump 1. Both bearings have approximately the same stiffness. The center of gravity of the rotating system 2 is designated 42.
Die Pumpe 1 ist mit Notlauflagern oder Fanglagern 44, 45 ausgerüstet. Das hochvakuumseitige Fanglager 44 befindet sich in der Rotorausnehmung 11. Das vorvakuum- seitige Fanglager 45 ist unterhalb des Magnetlagers 4 zwischen dem Wellenstumpf 20 und dem ortsfesten Träger 16 angeordnet.The pump 1 is equipped with emergency run bearings or catch bearings 44, 45. The high-vacuum catch bearing 44 is located in the rotor recess 11. The fore-vacuum catch bearing 45 is arranged below the magnetic bearing 4 between the shaft end 20 and the fixed support 16.
Als Antriebsmotor 46 ist ein Hochfrequenzmotor mit Stator 47 und Anker 48 vorgesehen. Statorseitig ist weiterhin ein Spaltrohr 49 vorgesehen, das den Statorraum 50 vakuumdicht zur Vorvakuumseite hin abdichtet. Das Spaltrohr 49 durchsetzt den Spalt 28 zwischen den Spulen 23 mit ihren Jochbauteilen 24 und dem rotierenden Magnetringpaket 8. Es besteht deshalb zweckmäßig aus nicht magnetisierbarem und elektrisch schlecht leitendem Werkstoff, z.B. CFK. Rotorseitig ist die bereits beschriebene rohrförmige Armierung 14 vorgesehen. Sie armiert nicht nur das Ringpaket 8 sondern auch den Motoranker 48.A high-frequency motor with stator 47 and armature 48 is provided as the drive motor 46. A stator tube 49 is further provided on the stator side, which seals the stator space 50 in a vacuum-tight manner to the fore-vacuum side. The can 49 passes through the gap 28 between the coils 23 with their yoke components 24 and the rotating magnet ring package 8. It is therefore expediently made of non-magnetizable and electrically poorly conductive material, for example CFRP. The tubular reinforcement 14 already described is provided on the rotor side. It not only reinforces the ring package 8 but also the motor armature 48.
Um Toleranzen auszugleichen, lässt sich das Lager 4 über Justierschrauben 52 einstellen, auf denen der Träger 16 des ortsfesten Ringpaketes 7 ruht. Zweckmäßig wird so justiert, dass sich das rotierende System axial im labilen Arbeitspunkt befindet. Um diesen Punkt erfolgt die axiale Regelung mit wenig Energie.In order to compensate for tolerances, the bearing 4 can be adjusted by means of adjusting screws 52 on which the carrier 16 of the stationary ring packet 7 rests. It is expedient to adjust so that the rotating system is axially in the unstable working point. At this point, the axial control takes place with little energy.
Die Figuren 4 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungen für das aktive Magnetlager 4. Bei der Lösung nach den Figuren 4 (ohne Magnetfeldlinien) und 5 (mit Magnetfeldlinien) bilden jeweils vier Magnetringe die Ringpakete 7 und 8. Nur eine Spule 23 mit ihrem U-förmigen Joch 24 ist vorgesehen. Der Abstand der Stirnseiten der U-Schenkel des Jochs 24 entspricht etwa der axialen Ab-> messung eines Magnetringes des Ringpaketes 8. Zur Erzielung einer optimalen Wechselwirkung der Magnetkräfte liegen die Stirnseiten der U-Schenkel in Höhe der Mitten zweier benachbarter Magnetringe des Ringpaketes 8, bei der dargestellten Ausführung in Höhe der Mitten der beiden mittleren Magnetringe.FIGS. 4 to 7 show different designs for the active magnetic bearing 4. In the solution according to FIGS. 4 (without magnetic field lines) and 5 (with magnetic field lines), four magnetic rings each form the ring packs 7 and 8. Only one coil 23 with its U-shaped one Yoke 24 is provided. The distance between the end faces of the U-legs of the yoke 24 corresponds approximately to the axial dimension of a magnetic ring of the ring pack 8. In order to achieve an optimal interaction of the magnetic forces, the end faces of the U-legs lie at the center of two adjacent magnetic rings of the ring pack 8. in the embodiment shown at the level of the centers of the two middle magnetic rings.
Bei der Ausführung nach Figur 6 ist ebenfalls nur eine Spule 23 mit ihrem Joch 24 vorgesehen. Der Absband der den Ringen des Ringpaketes 8 zugewandten Stirnseiten der Schenkel des U-förmigen Jochs 24 entspricht etwa dem doppelten der axialen Abmessung eines Magnetringes . Figur 7 zeigt eine Lösung mit fünf Spulen 23 und Jochen 24. Das 'Ringpaket 8 weist sechs Magnetringe auf. Die Stirnseiten der insgesamt sechs Jochschenkel liegen etwa in der Höhe der Mitten der Magnetringe.In the embodiment according to FIG. 6, only one coil 23 with its yoke 24 is also provided. The absband of the end faces of the legs of the U-shaped yoke 24 facing the rings of the ring packet 8 corresponds approximately to twice the axial dimension of a magnetic ring. Figure 7 shows a solution with five coils 23 and yokes 24. The 'ring package 8 has six magnetic rings. The end faces of the six yoke legs are located approximately at the height of the centers of the magnetic rings.
Zwischen jedem der Ringe der Magnetringpakete 7, 8 befinden sich - wie bereits beschrieben - Distanzringscheiben 31, die je nach Werkstoff Einfluss auf die Ausbildung der Magnetfeldlinien und/oder dämpfende Wirkung haben.Between each of the rings of the magnet ring packages 7, 8 there are - as already described - spacer washers 31 which, depending on the material, have an influence on the formation of the magnetic field lines and / or a damping effect.
Zweckmäßige Gestaltungen der Distanzringscheiben 31, vorzugsweise zur Erzielung einer DämpfungsWirkung, sowie ergänzende Beschichtungen der Magnetringe werden an Hand von in den Figuren 8 bis 10 dargestellten Ausführungen des Magnetlagers 3 erläutert .Appropriate designs of the spacer washers 31, preferably to achieve a damping effect, and additional coatings on the magnetic rings are explained with reference to the designs of the magnetic bearing 3 shown in FIGS. 8 to 10.
Besteht der Werkstoff der Distanzringscheiben 31 aus einem für die Erzielung der Dämpfungswirkuhg zweckmäßigen Werkstoff mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, kann es zur Verbesserung der Dämpfungswirkung zweckmäßig sein, die Ränder der Distanzringscheiben 31 dort, wo das Magnetfeld in den Spalt 9 eintritt, zu verstärken, z. B. kontinuierlich nach außen zunehmend, und die Form der Magnetringe diesen Rändern anzupassen. In Figur 8 ist diese Ausführung dargestellt. Der spaltnahe verstärkte Rand der mittleren Distanzringscheibe 31 ist mit 54 bezeichnet. Dadurch, dass die Magnetfelder mehr leitendes Material durchfluten, werden die von Wirbelströmen erzeugten, die Dämpfung bewirkenden Gegenkräfte größer . Bei der 'Ausführung nach Figur 9 sind beispielsweise die Magnetringe des Ringpaketes 5 allseitig beschichtet (Beschichtung 55) . Seitlich haben sie die Funktion der Distanzscheiben 31, so dass sie bei ausreichender Dicke der Beschichtung 55 und geeigneter Werkstoffauswahl die die Magnetfeldlinien beeinflussende und/oder dämpfende« Wirkung haben. Zusätzlich wird erreicht, dass die Magnetringe vor aggressiven Gasen geschützt sind. Dieser Schutz kann auch dadurch erreicht werden, dass eine Hülse 32 vorgesehen ist, sei sie stufenförmig, wie bereits zu Figur 2 beschrieben, oder zylindrisch, wie beispielsweise in Figur 10 (Ringpaket 5) dargestellt.If the material of the spacer washers 31 consists of a material which is expedient for achieving the damping effect and has a high electrical conductivity, it may be expedient to improve the damping effect to reinforce the edges of the spacer washers 31 where the magnetic field enters the gap 9, e.g. B. continuously increasing outwards, and to adapt the shape of the magnetic rings to these edges. This embodiment is shown in FIG. The edge of the middle spacer disk 31 near the gap is designated 54. Because the magnetic fields flow through more conductive material, the counter forces generated by eddy currents, which cause the damping, become greater. In the embodiment according to FIG. 9, for example, the magnetic rings of the ring packet 5 are coated on all sides (coating 55). They have the function of the spacer disks 31 on the side, so that they have the effect of influencing and / or damping the magnetic field lines if the coating 55 is sufficiently thick and the material is selected appropriately. In addition, the magnetic rings are protected against aggressive gases. This protection can also be achieved by providing a sleeve 32, be it step-like, as already described for FIG. 2, or cylindrical, as shown, for example, in FIG. 10 (ring packet 5).
Die Distanzringscheiben 31 (bzw. Beschichtung 55) der Magnetringe müssen ausreichend dick sein, um ihre Zwek- ke zu erfüllen, zumal auch die gewünschte Steifigkeit des Lagers von der Dicke der Distanzscheiben abhängt.. Bei Reibungspumpen mittlerer Größenordnung hat sich eine Dicke im Bereich von 0,25 bis 1 mm als zweckmäßig erwiesen.The spacer rings 31 (or coating 55) of the magnetic rings must be sufficiently thick to fulfill their purposes, especially since the desired stiffness of the bearing also depends on the thickness of the spacers. In the case of medium-sized friction pumps, a thickness in the range of Proven 0.25 to 1 mm.
Weiterhin hat sich die Verwendung von spiralförmig gewickelten Folienspulen 23 als zweckmäßig erwiesen, da ihr Raumbedarf relativ klein ist. Furthermore, the use of spirally wound film coils 23 has proven to be expedient since their space requirement is relatively small.

Claims

Magnetlagerung mit DämpfungPATENTANSPRÜCHE Magnetic bearing with damping
1. Magnetlagerung für schnell drehende Maschinen (1) , insbesondere für Turboverdichter, ReibungsVakuumpumpen oder dergleichen, mit zwei Lagern (3, 4), die jeweils ein Statormagnetringpaket (5, 7) und ein Rotormagnetringpaket (6, 8) umfassen, sowie mit Mitteln (31) zur Dämpfung der Rotorbewegung vorzugsweise in radialer Richtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetlager (3, 4) aus konzentrisch zueinander angeordneten Magnetringpaketen (5, 6; 7, 8) bestehen, bei denen das ortsfeste Magnetringpaket (5 bzw. 7) außen und das rotierende Magnetringpaket (6 bzw. 8) innen angeordnet ist, dass die Dämpfungsmittel (32, 54, 55) den äußeren Umfangsflächen von mindestens einem Teil der Magnetringe der jeweils statorseitigen Magnetringpakete (5, 7) zugeordnet sind und aus nicht magneti- sierbarem, elektrisch gut leitendem Werkstoff bestehen. 1. Magnetic bearing for fast rotating machines (1), in particular for turbocompressors, friction vacuum pumps or the like, with two bearings (3, 4), each comprising a stator magnetic ring package (5, 7) and a rotor magnetic ring package (6, 8), and with means (31) for damping the rotor movement, preferably in the radial direction, characterized in that the magnetic bearings (3, 4) consist of magnetic ring packages (5, 6; 7, 8) arranged concentrically to one another, in which the stationary magnetic ring package (5 or 7) is arranged on the outside and the rotating magnet ring packet (6 or 8) on the inside, that the damping means (32, 54, 55) are assigned to the outer circumferential surfaces of at least some of the magnet rings of the respective stator-side magnet ring packet (5, 7) and are made of non-magnetic sable, electrically good conductive material.
2. Magnetlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungsmittel aus Distanzringscheiben (31) bestehen, die zwischen den betroffenen Magnetringen angeordnet sind, und dass spaltnahe Ränder (54) der Distanzringscheiben (31)« verstärkt sind.2. Magnetic bearing according to claim 1, characterized in that the damping means consist of spacer washers (31) which are arranged between the magnetic rings concerned, and that the edges (54) of the spacer washers (31) near the gap are reinforced.
3. Magnetlagerung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass als Dämpfungsmittel Hülsen (32) vorgesehen sind, die die äußeren Umfangsflächen der statorseitigen Magnetringpakete (5, 7) umfassen.3. Magnetic bearing according to claim 1 or 2, characterized in that sleeves (32) are provided as damping means, which comprise the outer circumferential surfaces of the stator-side magnetic ring packages (5, 7).
4. Magnetlagerung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Magnetringe gekapselt sind (Beschichtung 55) und dass die Schichten der Kapselung die Funktion der Dämpfungsmittel haben.4. Magnetic bearing according to claim 1, 2 or 3, characterized in that magnetic rings are encapsulated (coating 55) and that the layers of the encapsulation have the function of the damping means.
5. Magnetlagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch die rotierenden Magnetringpakete (6, 8) mit Dämpfungsmitteln nach den vorhergehenden Ansprüchen ausgerüstet sind.5. Magnetic bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the rotating magnet ring packets (6, 8) are equipped with damping means according to the preceding claims.
6. Magnetlagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine von einem Lagesensor (21) gesteuerte Spule (23) sowie Polbauteile (24) das äußere Magnetringpaket (8) des axial geregelten Lagers (4) umgeben. 6. Magnetic bearing according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of a position sensor (21) controlled coil (23) and pole components (24) surround the outer magnet ring package (8) of the axially regulated bearing (4).
7. Magnetlagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Magnetringe der beiden Ringpakete (7, 8) eines Magnetlagers (3, 4) verschieden ist.7. Magnetic bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the number of magnetic rings of the two ring packs (7, 8) of a magnetic bearing (3, 4) is different.
8. Magnetlagerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Magnetringe des rotierenden Magnetringpaketes (6, 8) größer ist als die Anzahl der Magnetringe des ortsfesten Magnetringpaares (5, 7) .8. Magnetic bearing according to claim 7, characterized in that the number of magnetic rings of the rotating magnetic ring package (6, 8) is greater than the number of magnetic rings of the stationary pair of magnetic rings (5, 7).
9. Magnetlagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Durchmesser der einander zugewandten Umfangsflä- chen der Ringe eines Ringpaketpaares (5, 6 bzw. 7, 8) stufenweise ändern.9. Magnetic bearing according to one of the preceding claims, characterized in that the diameters of the mutually facing circumferential surfaces of the rings of a ring packet pair (5, 6 or 7, 8) change in stages.
10. Reibungspumpe mit Rotor und Stator, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) in einer Magnetlagerung nach den vorhergehenden Ansprüchen aufgehängt ist.10. Friction pump with rotor and stator, characterized in that the rotor (2) is suspended in a magnetic bearing according to the preceding claims.
11. Reibungspumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetringe der Ringpakete (5, 6, 7, 8) in Aufnahmen befestigt sind und dass als Aufnahme für die Magnetringe des äußeren Ringpaktes (8) des axial aktiven Lagers (4) eine rohrförmige Armierung dient, die mit einem ersten Abschnitt am rotierenden System (2) befestigt ist und mit einem zweiten Abschnitt die Magnetringe des Ringpaketes ( 8) trägt . 11. Friction pump according to claim 10, characterized in that the magnetic rings of the ring packs (5, 6, 7, 8) are fastened in receptacles and that as a receptacle for the magnetic rings of the outer ring compact (8) of the axially active bearing (4) is a tubular Reinforcement is used, which is attached to the rotating system (2) with a first section and carries the magnetic rings of the ring package (8) with a second section.
12. Reibungspumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Armierung (14) auch den Anker (48) eines Antriebsmotors (46) umgibt.12. Friction pump according to claim 11, characterized in that the reinforcement (14) also surrounds the armature (48) of a drive motor (46).
13. Reibungspumpe nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zentral angeordnete Träger (15, 16) für die ortsfesten Magnetringpakete (5, 7) vorgesehen sind, dass einer der Träger (16, 16) mit einer zentralen Bohrung (19) ausgerüstet ist, dass ein Wellenstumpf (20) des rotierenden Systems (2) die Bohrung (19) durchsetzt und dass der freien Stirnseite des Wellenstumpfes (20) ein Axialsensor (21) zugeordnet ist.13. Friction pump according to claim 10, 11 or 12, characterized in that centrally arranged carriers (15, 16) are provided for the fixed magnet ring packages (5, 7), that one of the carriers (16, 16) with a central bore (19th ) is equipped such that a stub shaft (20) of the rotating system (2) passes through the bore (19) and that an axial sensor (21) is assigned to the free end face of the stub shaft (20).
14. Reibungspumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Träger (15, 16) axial justierbar ist.14. Friction pump according to claim 13, characterized in that one of the carriers (15, 16) is axially adjustable.
15. Reibungspumpe nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmotor (46) mit einem Spaltrohr (49) vorgesehen ist und dass das Spaltrohr (49) den Spalt (28) des axial aktiven Lagers (4) durchsetzt.15. Friction pump according to one of claims 10 to 14, characterized in that a drive motor (46) is provided with a can (49) and that the can (49) passes through the gap (28) of the axially active bearing (4).
16. Reibungspumpe nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Lager (3) auf der Hochvakuumseite, das axial aktive Lager (4) auf der Vorvakuumseite angeordnet ist. 16. Friction pump according to one of claims 10 to 15, characterized in that the passive bearing (3) on the high vacuum side, the axially active bearing (4) is arranged on the fore-vacuum side.
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