SE536808C2 - Magnetisk lagerkonstruktion och turbomaskin innefattande densamma - Google Patents

Abstract

12 ÅÅMMâNQEÅWSå. En niagnetisk legerkorwsiruktiori (100) innefattande enpermenentmegriet (110), som leviteras' en roietionekropp utan enförepäniiiiwgssïröm, och en enkel rnegnetisering av perrnenentmegrieteri (1 'l O)beskrivs. Den rnagnetiske lagerkonstruktieneri (100) innefattar en rlngfermlgpermenentrnagrwet (110) anordnad på en side av en roietloneexel (29), vilkenrlngformig permenentmegrwet (110) är :nagneïieered i en riktning som ärparallell :ned en exelrlktning hde nämnde rotaiionsexel (20), en spole (120)monterad på en side hos nzârnnda permanentmagnet (110), och en ledare(136) monterad på en extern elda hos nämnda spole (126), vilken ledare(130) används för att bilda en megnelfaltebeiwe. Enligt konfigurationen, då enytterligare förspänning inte är enbringed till spolen (120) som är molitered idet magnetiska lagret (100), levšterar en relations-kramp enligt rnegnetfalietsom drsekes av permanentrnagneterw (110), och en megnetlseriligsriktningnos permanentmegneten (110) är parallell med en axelriktiwiiwg hosrotationeaxeilw (20), och därmed möjliggör enkel megnetieering av ochförbättrar prestetionsförinågan hos det niagnetiska lagret (100).

Description

25 30 536 808 förspänningskraft anbringas på rotationskroppen i enlighet med en last som orsakas av rotationskroppen. För att bilda den magnetiska förspänningskraften används en permanentagnet såväl som en elektromagnet. För att dela upp banorna hos magnetfälten hos elektromagneten och permanentmagneten har det föreslagits en magnetisk Iagerkonstruktion för att använda ett förfarande för att åstadkomma en munkformig (EN: donut shaped) permanentmagnet mellan ett par elektromagneter.

I fallet med ett magnetiskt lager med ovanstående konstruktion, måste magnetiseringsriktningen hos den munkformiga permanentmagneten vara vinkelrät mot axelriktningen hos rotationskroppen, det vill säga permanentmagneten måste vara magnetiserad i en radiell riktning av densamma. Emellertid är magnetiseringsprocessen svår och produktionseffektiviteten hos de magnetiska lagren kan försämras. Därför behöver det åstadkommas en magnetisk Iagerkonstruktion för att lätt kunna magnetisera permanentmagneten medan magnetfältsbanorna hos permanentmagneten och elektromagneten delas upp.

Ovanstående information som beskrivits i bakgrundsstycket är endast till för att förbättra förståelsen av uppfinningens bakgrund och kan därför innehålla information som inte tillhör vad som är allmänt känt i detta land för fackmannen.

Sammanfattning av uppfinningen Föreliggande uppfinning har gjorts i strävan att åstadkomma, en magnetisk Iagerkonstruktion för att dela upp banorna hos magnetfälten hos en elektromagnet och en permanentmagnet för att hindra störningar av dess banor och att åstadkomma en enkel magnetisering av permanentmagneten, och en turbomaskin innefattande den samma.

En exemplifierande utföringsform av föreliggande uppfinning åstadkommer en magnetisk Iagerkonstruktion innefattande: en ringformig permanentmagnet anordnad på en sida av en rotationsaxel, vilken ringformig permanentmagnet är magnetiserad i en riktning som är parallell med en axelriktning hos nämnda rotationsaxel; en ledare monterad på en yttre sida 10 15 20 25 30 536 808 hos nämnda permanentmagnet, vilken ledare används för att bilda en magnetfältsbana; och en spole monterad inuti ledaren.

Den magnetiska lagerkonstruktionen innefattar vidare ett stöd som är i kontakt med nämnda permanentmagnet och är ansluten till densamma, varvid nämnda magnetfältsbana som orsakas av nämnda permanentmagnet bildas genom nämnda rotationsaxel av nämnda stöd.

Rotationsaxeln innefattar vidare en rotationsplatta, varvid nämnda magnetfältsbana bildas genom nämnda rotationsplatta.

Ett icke-magnetiskt material är fyllt i ett tomt utrymme bildat inuti nämnda ledare.

Ett mellanrum är bildat mellan nämnda rotationsplatta och nämnda ledare.

En annan utföringsform av föreliggande uppfinning åstadkommer en turbomaskin innefattande: ett hus; en rotationsaxel monterad inuti nämnda hus; en kraftöverförare kopplad till nämnda rotationsaxel, vilken kraftöverförare överför kraft; och ett magnetiskt lager anbringat hos nämnda rotationsaxel, varvid nämnda magnetiska lager innefattar: en ringformig permanentmagnet anordnad på en sida av nämnda rotationsaxel, vilken ringformig permanentmagnet omsluter nämnda rotationsaxel; en ledare monterad på en yttre sida hos nämnda permanentmagnet, vilken ledare används för att bilda en magnetfältsbana; och en spole monterad inuti nämnda ledare, varvid nämnda permanentmagnet är magnetiserad i en riktning som är parallell med en axelriktning hos nämnda rotationsaxel.

Turbomaskinen innefattar vidare en rotationsplatta kopplad till nämnda rotationsaxel, varvid en magnetfältsbana hos nämnda permanentmagnet är bildad genom nämnda rotationsplatta.

Ett mellanrum är bildat mellan nämnda rotationsplatta och nämnda ledare.

Turbomaskinen innefattar vidare ett stöd som är i kontakt med nämnda permanentmagnet och är anslutet till densamma, varvid en magnetfältsbana som orsakas av nämnda permanentmagnet bildas genom nämnda rotationsaxel av nämnda stöd. 10 15 20 25 30 536 808 Turbomaskinen innefattar vidare en rotationsplatta kopplad till nämnda rotationsaxel, varvid en magnetfältsbana hos nämnda permanentmagnet är bildad genom nämnda rotationsplatta.

Ett mellanrum är bildat mellan nämnda rotationsplatta och nämnda ledare.

Ett icke-magnetiskt material är fyllt i ett tomt utrymme bildat inuti nämnda ledare.

Enligt utföringsformerna av föreliggande uppfinning är magnetfältsbanorna hos elektromagneten och permanentmagneten delade, en ytterligare förspänningsström är inte anbringad till elektromagneten av förmagnetiseringsfältet som orsakas av permanentmagneten, och varvid magnetiseringsriktningen hos permanentmagneten motsvarar axelriktningen hos rotationskroppen, och därmed underlättar magnetisering av permanentmagneten och förbättrar prestationsförmågan hos det magnetiska lagret.

Kort beskrivninq av ritninqarna Fig 1 är en tvärsnittsvy av en turbomaskin med en magnetiskt lagerkonstruktion enligt en exemplifierande utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig 2 är en tvärsnittsvy av ett magnetsikt lager visat i Fig 1.

Fig 3 och Fig 4 är tvärsnittsvyer av ett magnetiskt lager enligt en annan exemplifierande utföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig 5 och Fig 6 är tvärsnittsvyer av en drivanordning hos ett magnetiskt lagen Detalierad beskrivning Föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas i detalj med hänvisning till de bifogade ritningarna.

Fig 1 visar en tvärsnittsvy av en turbomaskin 1 med en magnetiskt lagerkonstruktion enligt en exemplifierande utföringsform av föreliggande uppfinning. 10 15 20 25 30 536 808 Turbomaskinen 1 enligt en exemplifierande utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar ett hus 10, en rotationsaxel 20, en kraftöverförare 30, och ett magnetiskt lager 100. Turbomaskinen 1 innefattar en universell turbomaskin som används i ett allmänt maskinverktyg, och innefattar särskilt en liten turbomaskin.

Huset 10 åstadkommer ett utrymme för att ta emot rotationsaxeln 20, och rotationsaxeln 20 täcker ett fall i vilket rotationsaxeln drivs medan den är inställd att vara vinkelrät och ett fall i vilket rotationsaxeln drivs medan den är inställd att vara horisontell. Kraftöverföraren 30 innefattar en allmänt använd motor och kraftöverföraren 30 kan vara anordnad inuti eller utanför huset 10.

Det magnetiska lagret 100 är anordnat på en sida av rotationsaxeln 20 under det att det stödjer rotationsaxeln på sidan.

Det magnetiska lagret 100 innefattar en permanentmagnet 110, en spole 120, och en ledare 130. En ytterligare detaljerad beskrivning följer nu med hänvisning till Fig 2 till Fig 4. Fig 2 visar en tvärsnittsvy av ett magnetsikt lager 100 vidare innefattande ett stöd 140, Fig 3 visar en tvärsnittsvy av en modifierad exemplifierande variation i vilken ett läge hos en spole 120 är förändrat i en exemplifierade utföringsform visad i Fig 2, och Fig 4 visar en tvärsnittsvy av ett magnetsikt lager 100 utan stödet 140.

Permanetmagneten 110 är av ringtyp, och den är anordnad på en sida av rotationsaxeln 20. En magnetisk krets för att förspänna rotationsaxeln 20 bildas av permanentmagneten 110 medan en ytterligare ström som påverkar förspänningen hos rotationsaxeln 20 inte tillförs, så att rotationsaxeln 20 flyter. Fig 2 och Fig 3 visar ett magnetfält som alstras av permanentmagneten 110. Det exemplifieras i detta fall att en rotationsplatta 21 är ytterligare anordnad vid rotationsaxeln 20 och att rotationsplattan 21 leviterar, eller att rotationsaxeln 20 och rotationsplattan är formade i ett stycke och att de leviterar. Även rotationsaxeln 20 eller rotationsplattan 21 är tillverkade av en ledare.

I detta fall är magnetiseringsriktningen hos permanentmagneten 110 inställd att vara parallell med axelriktningen hos rotationsaxeln 20. Det vill säga, N-polariteten eller S-polariteten fortsätter inte till rotationsaxeln på grund av magnetiseringen hos permanentmagneten 110, så jämfört med det 10 15 20 25 30 536 808 magnetiska lagret som har en annan permanentmagnet som är magnetiserad vinkelrätt med avseende på riktningen hos rotationsaxeln, blir inte ett bildande av magnetfältet som påverkar förspänningen hos rotationsaxeln 20 som alstras av permanentmagneten 110 symmetriskt. Det faktum att genomsläppligheten hos ledaren 130 är bra och att alstrandet av förmagnetiseringsfältet inte blir symmetriskt påverkar emellertid i allmänhet inte markant levitationen av rotationsaxeln 20 eller rotationsplattan 21 som orsakas av förmagnetiseringsfältet hos permanentmagneten 110.

Därför passerar ett förspänningsflöde (EN: bias flux) bildat av permanentmagneten 110 genom rotationsaxeln 20 eller rotationsplatan 21 och ledaren 130, det återvänder till permanentmagneten 100, och rotationsaxeln 20 eller rotationsplattan 21 leviterar.

Spolen 120 är anordnad på en sida av permanentmagneten 110.

Spolen 120 exemplifieras att vara anordnad utanför permanentmagneten 110 och att har en ringform för att omsluta rotationsaxeln 20, men formen är inte begränsad till detta. Det vill säga, den kan utformas som ett par som vänts mot varandra med avseende på rotationsaxeln 20. Strömmen flyter till spolen 120 för att alstra ett magnetfält för att styra levitationsläget hos rotationsaxeln 20 eller rotationsplattan 21. Det vill säga, när läget hos rotationsaxeln 20 eller rotationsskivan 21 förändras i axelriktningen, förändras en riktning eller storlek hos strömmen för att styra lägesförändringen i axelriktningen hos rotationsaxeln 20 eller rotationsplattan 21. En detaljerad drivanordning kommer att beskrivas senare.

En ledare 130 som påverkar bildandet av en magnetfältsbana är anordnad utanför spolen 120 och permanentmagneten 110. Ledaren 130 påverkar bildandet av magnetfältsbanor, för att förspänna rotationsaxeln 20 eller rotationsplattan 21, som alstras av permanentmagneten 110 och magnetfältet för att styra lägesförändringen hos rotationsaxeln 20 eller rotationsplattan 21, som alstrats av spolen 120. Ett mellanrum är bildad mellan ledaren 130 och rotationsplattan 21. Det vill säga, i allmänhet är en sensor 40 för att avkänna mellanrummet anordnad inuti eller utanför det magnetiska lagret 100, när mellanrummet förändras beroende på sensorn 40, förändras storleken eller riktningen hos strömmen som matas till spolen 120 10 15 20 25 30 536 808 för att bibehålla mellanrummet inom ett förutbestämt område och att styra Iägesförändringen hos rotationsaxeln 20 eller rotationsplattan 21.

Det magnetiska lagret 100 innefattar vidare ett stöd 140. Stödet 140 exemplifieras så att det är i kontakt med permanentmagneten 110 och är kopplat till den. Stödet 140 är önskvärt bildat av en ledare. Stödet 140 är i kontakt med permanentmagneten 110 och är kopplat till den, och magnetiseringsriktningen hos permanentmagneten 110 är parallell med axelriktningen hos rotationsaxeln 20, så att N-polariteten eller S-polariteten som orsakas av magnetiseringen äri kontakt med stödet 140. I detta fall är magnetfältsbanan som alstras av permanentmagneten 110 bildad av rotationsaxeln 20 eller rotationsplattan 21 genom stödet 140. I detta fall blir en form av magnetfältet som påverkar förspänningen hos rotationsaxeln 20 och bildat av permanentmagneten 110 inte symmetriskt. På liknande sätt som beskrivits ovan, det faktum att bildandet av förmagnetiseringsfältet inte blir symmetriskt påverkar emellertid i allmänhet inte markant levitationen hos rotationsaxeln 20 eller rotationsplattan 21 som orsakas av förmagnetiseringsfältet hos permanentmagneten 110.

När stödet 140 är anordnat, bildas även ett mellanrum mellan ledaren 130 och rotationsplattan 21. Det vill säga, i allmänhet påverkar sensorn 40 för att avkänna mellanrummet det magnetiska lagret 100, och när mellanrummet förändras beroende på sensorn 40, förändras storleken eller riktningen hos strömmen som matas till spolen 120 för att bibehålla mellanrummet inom ett förutbestämt område och att styra Iägesförändringen hos rotationsaxeln 20 eller rotationsplattan 21.

Som visas i Fig 3, permanentmagneten 110 är anordnad i utrymmet inuti ledaren 130, stödet 140 är anordnat därpå, och spolen 120 är anordnad därpå. Spolens 120 funktion i detta fall motsvarar ovanstående beskrivning.

Vidare, genom användning av ovanstående ingående element, bildas ett tomt utrymme som omsluts av spolen 120, ledaren 130, och stödet (140, varvid stödet 140 är utbytbart med en rotationsplatta 21), och det är önskvärt att fylla det tomma utrymmet med ett icke-magnetiskt material såsom Cu eller Al. På liknande sätt som för ledaren 130, används det fyllda icke-magnetiska materialet för att bilda magnetfältsbanan och för att stödja spolen 120. 10 15 20 25 30 536 808 En drivanordning hos en turbomaskin 1 som använder en magnetisklagerkonstruktion 100 enligt föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas med hänvisning till Fig 2, Fig 5 och Fig 6. Drivenheten som innefattar stödet 140 kommer att beskrivas exemplifierande, och drivfallet med stödet 140 arbetar enligt samma princip.

Det magnetiska lagret 100 används för rotationsaxeln 20, och i detta fall är det önskvärt att rotationsaxeln 20 för att exemplifiera innefattar rotationsplattan 21 och för det magnetiska lagret 100 att användas för rotationsplattan 21. I detta fall bildas rotationsplattan 21 av en ledare.

När det magnetiska lagret 100 används för rotationsplattan 21, såsom visas i Fig 2, leviterar rotationsplattan 21 med hjälp av magnetfältet som alstras av permanentmagneten 110. l detta fall är magnetiseringsriktningen hos permanentmagneten 110 parallell med axelriktningen hos rotationsaxeln 20 så att bildandet av magnetfältet inte blir symmetriskt. Bildandet påverkar inte markant levitationen hos rotationsplattan 21.

När rotationsaxeln 20 roterar i drift hos turbomaskinen 1 så roterar rotationsplattan 21, och i detta fall roterar rotationsplattan 21 medan läget förändras i axelriktningen. Därför behöver lägesförändringen hos rotationsplattan 21 styras inom ett förutbestämt område. I allmänhet kan lägesförändringen hos rotationsplattan 21 kontrolleras genom att detektera en förflyttning av rotationsplattan 21 medelst sensorn 40 som är fäst vid insidan eller utsidan hos det magnetiska lagret 100.

När rotationsplattan 21 rör sig nedåt i ritningen såsom den visas i Fig 5, ökas eller minskas magnetfältet som bildas av permanentmagneten 110 med magnetfältet som bildas av spolen 120, varvid storleken eller riktningen av strömmen som flyter i spolen 120 styrs så att riktingen hos magnetfältet som går nedåt kan vara större än magnetfältet som går uppåt, och rotationsplattan 21 förflyttas uppåt.

När rotationsplattan 21 förflyttas uppåt i ritningen, såsom den visas i Fig 6, ökas eller minskas magnetfältet som bildas av permanentmagneten 110 med magnetfältet som bildas av spolen 120, varvid storleken eller riktningen av strömmen som flyter i spolen 120 styrs så att riktingen hos 10 15 536 808 magnetfältet som går uppåt kan vara större än magnetfältet som går nedåt, och rotationsplattan 21 förflyttas nedåt.

Genom att styra läget hos rotationsplattan 21 såsom beskrivits, bibehålls mellanrummet mellan rotationsplattan 21 och ledaren 130 inom ett förutbestämt område.

Då denna uppfinning har beskrivits i anslutning till vad som för närvarande anses vara praktiska exemplifierande utföringsformer, skall det emellertid inses att uppfinningen inte är begränsad till de beskrivna utföringsformerna, utan motsatt är avsedd att täcka olika modifikationer och motsvarande anordningar som innefattas i den uppfinningsenliga tanken och omfattningen hos de bifogade kraven.

Omfattningen hos föreliggande uppfinning skall därför inte tokas som att vara begränsat till de exemplifierande utföringsformerna som beskrivits häri, och skall definieras av de bifogade kraven och ekvivalenter därav.

Claims (6)

10 15 20 25 30 35 536 808 PATENTKRAV

1. Magnetisk Iagerkonstruktion (100) innefattande: en ringformig permanentmagnet (110) anordnad pä en sida av en rotationsaxel (20) innefattande en rotationsplatta (21), vilken ringformig permanentmagnet (110) är magnetiserad i en riktning som är parallell med en axelriktning hos nämnda rotationsaxel (20); en ledare (130) monterad på en yttre sida hos nämnda permanentmagnet (110), vilken ledare (130) används för att bilda en magnetfältsbana; en spole (120) monterad inuti ledaren (130); k ä n n e t e c k n a d a v ettstöd(140)somärikontaktmeden N- polaritet eller en S-polaritet hos nämnda permanentmagnet (110) och är anslutet till densamma, och varvid nämnda magnetfältsbana som orsakas av nämnda permanentmagnet (110) bildas genom nämnda rotationsplatta (21) av nämnda stöd (140).

2. Magnetisk Iagerkonstruktion (100) enligt krav 1, varvid ett icke- magnetiskt material är fyllt i ett tomt utrymme bildat inuti nämnda ledare (130).

3. Magnetisk Iagerkonstruktion (100) enligt krav 1 eller 2, varvid ett mellanrum är bildat mellan nämnda rotationsplatta (21) och nämnda ledare (130).

4. Turbomaskin (1) innefattande: ett hus (10); en rotationsaxel (20) innefattande en rotationsplatta (21) monterad inuti nämnda hus (10); en kraftöverförare (30) kopplad till nämnda rotationsaxel (20), vilken kraftöverförare (30) överför kraft; och ett magnetiskt lager (100) anbringat hos nämnda rotationsaxel (20), varvid nämnda magnetiska lager (100) innefattar: en ringformig permanentmagnet (110) anordnad pä en sida av nämnda rotationsaxel (20) och magnetiserad i en riktning som är parallell med en axelriktning hos nämnda rotationsaxel (20); 10 10 15 536 808 en ledare (130) monterad på en yttre sida hos nämnda permanentmagnet (110), vilken ledare (130) används för att bilda en magnetfältsbana; en spole (120) monterad inuti nämnda ledare (130); k ä n n e t e c k n a d a v ettstöd(140)somärikontaktmeden N- polaritet eller en S-polaritet hos nämnda permanentmagnet (110) och är anslutet till densamma, och varvid nämnda magnetfältsbana som orsakas av nämnda permanentmagnet (110) bildas genom nämnda rotationsplatta (21) av nämnda stöd (140).

5. Turbomaskin (1) enligt krav 4, varvid ett mellanrum är bildat mellan nämnda rotationsplatta (21) och nämnda ledare (130).

6. Turbomaskin (1) enligt krav 4 eller 5, varvid ett icke-magnetiskt material är fyllt i ett tomt utrymme bildat inuti nämnda ledare (130). 11