SE442660B - Magnetlageranordning for en hoghastighetsrotor - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 8008897-4 På grund av en enkel hopmontering och även för att möjliggöra den axiella relativa förskjutningen av magneterna, är det önskvärt ätt utföra magnetringarna med inbördes samma diameter på den cylindriska ytan intill nämnda utrymme.

Diametrarna av magnetringarnas andra yttre ytor, vilka inte är belägna intill utrymmet, kan ha olika värden, speciellt för att inverka på magnetsystemets egenskaper, som en funktion av den axiella förskjutningen.

I många fall är det fördelaktigt att inpassa den kortare ringformade magneten respektive magneterna till ro- torn. En mycket speciell variant redogöres för längre fram i beskrivningen.

Med "styvhet“ i det föregående menades ändringen per enhet av radiell förskjutning vid den radiella kraft, som kan utövas genom de roterande och stationära magneterna mot varandra. I detta sammanhang är det verkningsfullt an den stationära magneten respektive magneterna i överensstämmel- se med ett sätt, som är i sig förut känt, är ledade vid det stationära rotorhuset på ett sätt, som medger dämpad radiell rörelse mot elastiska, återställande krafter.

Enligt en variant är den längre stationära magneten fastkilad eller fastlimmad vid en elastiskt upphängd mag- nethâllare.

Företrädesvis är åtminstone den kortare cylindriska magneten tillverkad av en kobolt-samarium legering.

Så långt i denna beskrivning, eller i de här efter följande kraven nämns cylindriska magneter, avses även mag- neter, vid vilka åtminstone en magnetändförbindning avböjer från ett plan vinkelrätt mot de roterbara magneternas rota- tionsaxel.

En sådan förbindningsände kan vara krökt eller tan- dad, innehålla urholkningar eller avböja på andra sätt från den plana formen. Detta mått kan även inverka på de magne- tiska egenskaperna.

En ytterligare metod att ge de magnetiska egenska- perna en avsedd form är vid hänsynstagande till speciellt fallet med det längre cylindriska sättet är polerna med de starkaste magnetiska krafterna belägna utmed kanter av cy- lindern och placerade på olika ändytor av cylindern. 10 15 20 25 30 35 8008897-4 Enligt en möjlighet är dessa kanter belägna på olika cylindriska väggytor, varigenom åstadkommes att cylindern magnetiseras i en riktning som är snedställd i tvärsektion.

Enligt en annan möjlighet är dessa kanter belägna på samma cylindriska väggyta.

Magnetiseringsriktningen, vilket betyder den rikt- ning enligt vilken det starkaste magnetiska flödet löper inuti en tvärsektion av cylindern, är i detta fall krökt.

Enligt en variant har hänsyn tagits till att speciellt med längre cylindriska magneter, polerna med den starkaste magnetiska kraften är belägna på cirklar på en och samma cylindrisk väggyta, men på ett visst avstånd från cylinder- kanterna.

För en exakt reglering av magneternas läckfält kan mått vidtagas för att åtminstone den roterande magneten respektive magneterna, på den cylindriska sidan som är vri- den bort från den sida, som är belägen intill nämnda ytrymme, är avskärmade genom ett icke magnetiskt material, som exempel- vis aluminium. Detta åstadkommer likväl ett förfarande för att påverka magnetsystemets egenskaper i den avsedda rikt- ningen. ' För att erhålla en viss effekt på rotorn har hänsyn tagits till att de roterande och stationära magneterna är relativt varandra anbragta på ett sådant sätt, att den axiella magnetkraften som utvecklas med den stationära ro- torn, gradvis övergâr i en motsatt riktad axiell kraft vid den arbetande rotorhastigheten. Exempelvis kan detta an- ordnas på ett sådant sätt, speciellt med en rotor som är uppburen vid den andra änden medelst ett stödaxial-lager, att anbringandet av de roterande och stationära magneterna relativt varandra har den effekten, att rotorn medan den är stationär är utsatt för en axiell dragkraft, och medan den roterar för en axiell tryckkraft.

Detta har till följd att precis vid den höga rotationshastigheten trycks rotorn mot stödlagret.

Uppfinningen beskrivs närmare i det följande med hänvisning till de bifogade ritningarna, som visar före- dragna utföringsformer. 10 15 20 25 30 35 8008897-4 Figur 1 Figur 2 Figur 3 Figur 4 ~ Figur 5 Figur 6 Figur 7 Figur 8 Figur 9 Figur 10 Figur 11 Figur 12 Figur 13 Figur 14 Figur 15 är en planvy av ett ringformat magnetsystem. är vertikal tvärsektion av magnetsystemet i fi- gur 1. är en vertikal tvärsektion av en variant av magnet- systemet i figur 2 försett med ett kullager. är en planvy av ett ringformat magnetsystem med ett klart visat utrymme mellan de cylindriska delarna. är en vertflGfl.tvärsektion av det ringformade mag- netsystemet i figur 4. är en vertikal tvärsektion av magnetsystemet, vid vilket den inre cylindriska magneten är samman- satt av tvâ separata, ringformade magneter. visar en kurva över förhållandet mellan den axiel- la förskjutningen X av en roterande ringformad magnet och dess styvhet S. visar en kurva över förhållandet mellan den axiel- la förskjutningen X av en roterande, ringformad magnet och den axiella kraften P, som utövas mot denna ringformade magnet medelst det andra, sta- tionära magnetsystemet. är en schematiskt visad utföringsform av ett ringformat magnetsystem. åren uáksddflon av en cylindrisk magnet, som är sammansatt av ett antal ringmagneter. är en Ufiüsektflxiav en cylindrisk magnet med mag- netisering i riktningen för cylinderaxeln. är en vy liknande den i figur 11 med magnetise- ringen enligt en kon som är koaxiell med cylin- deraxeln. är en vy liknande de i figurerna 11 och 12 med en magnetiseringsriktning som i tvärsektionen är krökt. är en variant av figur 13. är en hopmonterad ringmagnet.

Figur 1 visar två magnetiska ringar 1 och 2 vilka passar i varandra men med ett litet spel. Figur 2 visar, i en vertikal tvärsektion av samma ringar, att lika magnet- poler är riktade åt samma håll. Vid 3 är ett spelutrymme an- 10 15 20 25 30 35 8008897-4 ordnat, i vilket ett smörjmedel kan införas. Figur 3 visar en sats magnetiska ringar 4 och 5, vilka passar i varandra på ett sätt liknande det som visas i figur 2, medan samti- digt ett kullager 7 är införlivat i det magnetiska ringarna.

I figur 4 visas en planvy av ett ringformat magnet- system med ett lämpligt spel mellan ringarna 1 och 2. En vertikal tvärsektion av detta visas i figur 5.

Figur 6 visar att den inre magnetcylindern 8 kan vara sammansatt av två separata cylindrar 9 och 10, vilka är placerade med olika poler mot varandra.

Figur 7 visar hur styvheten S varierar med hänsyn till en axiell förskjutning av den kortare magnetcylindern 1 i figur 6 utmed den längre magnetcylindern 8 från samma figur. Relativt ett mittläge, sm visas mad hänvisningssiffran 0, visar både en rörelse i den ena riktningen och i den and- ra riktningen en ökning av styvheten. Detta betyder att sedan den kortare magneten närmar sig med exempelvis sin norrpol mera norrpolen av den längre magneten, vilket åstad- kommer att denna undergår en större repuleringskraft, med resultatet att styvheten, som är reaktionen av magnetsys- temet mot tvärgående laster, blir större. Samma sak upp- träder om den kortare magneten 1 skulle förskjuta sig själv nedåt i figur 6, så att även där de lika sydpolerna skulle placeras mitt för eller nära varandra, med likaledes en ök- ning av den tvärgående styvheten. Under rotorns stopp är mitt-tvärsektionen av den kortare magneten belägen vid en punkt a, som skall förskjutas gradvis åt höger då rotorn axelereras. Vid normal körhastighet kommer mitt-tvärsektio- nen att ha nått b, med resultat att vid lägre körhastigheter liksom vid normal hastighet kan den högsta tvärgående styv- heten åstadkommas.

I figur 8 visas att medelst en analog förskjutning X utmed rotationsaxeln av den kortare magnetcylindern 1 i figur 6, undergår en axiell kraft P likaledes en förändring.

Om den kortare magneten är belägen i mitten av den längre magneten vilket åstadkommer att de två yttre sydpolerna be- finner sig lika långt från varandra som de båda yttersta nordpolerna, finns ingen resulterande axialkraft kvar. Så snart som den kortare magnetcylindern 1 rör sig något högre blir emellertid repuleringskraften mellan norrpolerna domi- 10 15 20 25 30 35 8008897-4 6 nerande och en nedåtriktad resulterande kraft erhålles.

Samma sak sker på ett analogt sätt om den kortare magnet- cylindern 1 rör sig nedåt på grund av att i detta fall en resulterande uppåtriktad kraft uppenbarar sig själv och blir stadigt större, såsom visas i figur 8 i så mâtto att förskjutningen från mittläget ökar.

Vid rotorns stopp befinner sig den kortare magnetens mitt-tvärsektion vid C, för att förskjutas gradvid åt höger.

Vid normal körhastighet nås punkten d. Riktningen för den axiella kraften gradvis omvänd.

I figur 9 visas slutligen hur den längre magneten 11 såsom stationär magnet är fixerad exempelvis medelst ett klibbigt ämne eller ett klister, mot en magnethållare 12, som är upphängd i ett antal tunna stänger 13 från en del 14 av installationshuset. Den roterande magneten 15 är fast förankrad vid den schematiskt visade rotorn 16. Denna rotor kan hållas uppe medelst ett lager exempelvis på det sätt som visas i figur 1 i den holländska patentansökan 75.08l43.

Stängerna 13 kan exempelvis vara utförda som blad- eller plattfjädrar. Dessa stänger respektive fjädrar kommer också att uppta en uppâtriktad kraft.

Om så erfordras vid den andra änden av magnethål- laren kan även tunna stänger fastsättas (visade med streck- ade linjer 17).

Med 18 betecknas en magnetisk skärm exempelvis av aluminium. Hållaren 12 kan också tillverkas av ett icke magnetiskt material. Figur 10 visar hur magnetcylindern 15 i figur 9 också kan utföras olikartat, nämligen som ett antal magnetringar vilka är staplade på varandra med olika poler, varvid ringarna har olika innediametrar.

Figur 11 visar en tvärsektion genom en magnetcylin- der som har magnetiserats i vertikal riktning, varigenom de starkaste polerna är belägna i mitten av magnetänden.

I figur 12 är de starkaste polerna belägna i hörnen 24 och 25 av tvärsektionen.

Figur 13 visar en magnet med de starkaste polerna vid 26 och 27. f Figur 14 visar en magnet med de starkaste magnet- 10 15 20 25 30 35 8008897-4 polerna vid 28 och 29.

Figur 15 visar en utföringsform av figur 14, vid vilken magneten är sammansatt av två cylindrar 30 och 31 och tvâ änd-ringar 32 och 33. Delarna 34 och 35 är gjorda av material med magnetiska avskärmningsegenskaper.

En noterbar utföringsform erhålles om magneterna som används vid utföringsformen enligt figur 6, är gjorda så starka, att efter hopmonteringen av de yttre och inre ringarna är ringarna magnetiskt fastlåsta vid varandra och exempelvis kan den inre ringen inte falla genom den fast- hållna yttre ringen på grund av att gravitationsverkan hos nämnda ring är fullständigt motverkad genom magnetkrafterna.

På detta sätt uppstår ett flytande magnetlager som är a ytterst användbart för att minimera lagerförluster och där- för kan den spara en stor del energi, som nu förloras på alla slag av fluidumsmörjda lager, eller lager av kullager- typ.

För detta slag av flytande magnetlager är den an- vända magnetiska flödesfördelningen företrädesvis den i figur 13 visade flödesfördelningen för den längre magneten och den i figur 14 visade flödesfördelningen för den kortare magneten, varigenom naturligtvis de cylidriska ytorna på båda de magnetringar som innehåller magnetiska poler är belägna på motsatta sidor om lagrets luftgap. Icke desto mindre är det möjligt att använda exempelvis flö- desmönstret analogt med utförandet i figur 12 för de båda ringarna, som är inpassade till varandra liksom ringarna 9 och 10 i figur 6, varvid den övre ringen 9 har samma flödesinriktning som figur 12 och ring 10 har flödesrikt- ningen ändrad från det vänsta nedre hörnet till det högra övre hörnet, vilket resulterar i en bruten linjeapproxima- tion av flödesmönstret i figur 13.

Andra flytande lagerflödesutformningar är möjliga utan att frångå uppfinningens ram. I alla dessa fall är det nödvändigt att ha en radiell symetrisk flödesfördelning i ringarna, det vill säga så nogrann som möjligt, för att säkerställa en perfekt centruminriktning av de flytande delarna.

Claims (4)

8008897-4 PATENTKRAV

1. Anordning med en höghastighetsrotor, som under normaldrift är axiellt sammandragen, vilken rotor är roterbar omkring en väsentligen vertikal axel och uppbärs i sin nedre ände av ett axiallager, k ä n n e t e c k n a d av att rotorn (16) i sin övre ände uppbärs av ett magnetiskt lager (15, 11), som medger axiell sammandragning av rotorn (16), att det magnetiska lagret (15, 11) består av första och andra rörformiga magnetsammansättningar (15 respektive 11) vilka var och en innefattar en eller flera ringformiga magneter, att de rörformiga magnetsammansättningarna (11, 15) är inpassade en inuti den andra med tillräckligt spel för att medge relativ rotation, att den första rörformiga magnetsammansättningen (15) är fäst vid rotorn (16) och att den andra rörformiga magnetsammansättningen (ll) är fäst vid ett icke-roterande stöd (12, 13, 14), att var och en av de ringformiga magneterna har axiellt åtskilda poler, varvid samma poler hos magneterna pekar at samma hall pa sa sätt att ändpolerna av varje rörformig magnetsammansättning (15, 11) har motsatt polarisation, att en rörformig magnetsammansättning (11) har större axiell längd än den andra rörformiga magnetsammansättningen (15) och att den längre rörformiga magnetsammansättningen (11) sträcker sig väsentligen symmetriskt bortom den kortare rörformíga magnetsammansättningens (15) bada ändar när rotorn (16) är i sitt startläge.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att en rörformig magnetsammansättning (11, 15) består av ett antal ringformiga magneter (9, 10 eller 19, 20, 21, 22, 23), som i axiell led är placerade intill varandra, varvid magnetiska poler av motsatt slag vilar mot varandra.

3. Anordning enligt nagot av patentkraven 1 - 2, k ä n n e t e c k - n a d av att den kortare magnetsammansättningen (15) är fäst vid rotorn (16).

4. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d av att den längre magnetsammansättningen (11) är ansluten till ett stationärt stöd (12, 13, 14) pa sa sätt att den kan utföra dämpade radiella rörelser mot en elastisk- aterförenande kraft.