[go: up one dir, main page]

BE1025552B1 - Inrichting voorzien van een lager-in-lager - Google Patents

Inrichting voorzien van een lager-in-lager Download PDF

Info

Publication number
BE1025552B1
BE1025552B1 BE2017/5640A BE201705640A BE1025552B1 BE 1025552 B1 BE1025552 B1 BE 1025552B1 BE 2017/5640 A BE2017/5640 A BE 2017/5640A BE 201705640 A BE201705640 A BE 201705640A BE 1025552 B1 BE1025552 B1 BE 1025552B1
Authority
BE
Belgium
Prior art keywords
ring
bearing
intermediate ring
driven
magnetic
Prior art date
Application number
BE2017/5640A
Other languages
English (en)
Other versions
BE1025552A1 (nl
Inventor
Björn Verrelst
Hans Meeus
Original Assignee
Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap
Vrije Universiteit Brussel Vereniging Zonder Winstoogmerk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap, Vrije Universiteit Brussel Vereniging Zonder Winstoogmerk filed Critical Atlas Copco Airpower Naamloze Vennootschap
Priority to BE2017/5640A priority Critical patent/BE1025552B1/nl
Priority to ES18766043T priority patent/ES2913299T3/es
Priority to DK18766043.6T priority patent/DK3679258T3/da
Priority to CN201880057854.XA priority patent/CN111051716B/zh
Priority to US16/644,558 priority patent/US11015647B2/en
Priority to PCT/IB2018/056025 priority patent/WO2019048953A1/en
Priority to EP18766043.6A priority patent/EP3679258B1/en
Priority to JP2020513697A priority patent/JP6946552B2/ja
Publication of BE1025552A1 publication Critical patent/BE1025552A1/nl
Application granted granted Critical
Publication of BE1025552B1 publication Critical patent/BE1025552B1/nl

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/08Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with two or more rows of balls
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/54Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction
    • F16C19/55Systems consisting of a plurality of bearings with rolling friction with intermediate floating or independently-driven rings rotating at reduced speed or with other differential ball or roller bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/001Integrated brakes or clutches for stopping or coupling the relatively movable parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/004Electro-dynamic machines, e.g. motors, generators, actuators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F16C19/163Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls with angular contact
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2300/00Application independent of particular apparatuses
    • F16C2300/20Application independent of particular apparatuses related to type of movement
    • F16C2300/22High-speed rotation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/23Gas turbine engines
    • F16C2360/24Turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/43Screw compressors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2361/00Apparatus or articles in engineering in general
    • F16C2361/61Toothed gear systems, e.g. support of pinion shafts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H48/00Differential gearings
    • F16H48/38Constructional details
    • F16H48/42Constructional details characterised by features of the input shafts, e.g. mounting of drive gears thereon
    • F16H2048/423Constructional details characterised by features of the input shafts, e.g. mounting of drive gears thereon characterised by bearing arrangement
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/10Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type
    • H02K49/102Magnetic gearings, i.e. assembly of gears, linear or rotary, by which motion is magnetically transferred without physical contact

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Non-Positive Displacement Air Blowers (AREA)
  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

Abstract

Inrichting voorzien van een lager-in-lager (1) met een binnenring (2), een intermediaire ring (3) en een buitenring (4), waarbij tussen de binnenring (2) en de intermediaire ring (3) en tussen de intermediaire ring (3) en de buitenring (4) binnenste rolelementen (5), respectievelijk buitenste rolelementen (6) zijn aangebracht, waarbij het lager-in-lager (1) met zijn binnenring (2) en buitenring (4) is aangebracht tussen twee ten opzichte van elkaar verdraaibare onderdelen van de inrichting, een as (11) en een behuizing (12), waarvan er één onderdeel (11 of 12) gekoppeld is of kan worden aan een aandrijving, daardoor gekenmerkt dat de inrichting voorzien is van een overbrenging tussen de intermediaire ring (3) en het aangedreven onderdeel (11 of 12) om de intermediaire ring (3) aan te drijven, daardoor gekenmerkt dat deze overbrenging een contactloze overbrenging is.

Description

Inrichting voorzien van een lager-in-lager.
De huidige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voorzien van een lager-in-lager.
Meer speciaal, is de uitvinding bedoeld voor hoge snelheidstoepassingen.
Het is geweten dat lagers voor hoge snelheidstoepassingen een uitdaging vormen.
Een typische hoge snelheidstoepassing is een zogenaamde turbocompressor, waarbij een schoepenwiel op een as aan zeer hoge toerentallen ronddraait. Ook in schroefcompressoren, in het bijzonder olievrije schroefcompressoren, schroefvacuümpompen en turbomoleculaire vacuümpompen is een as aanwezig die aan zeer hoge toerentallen ronddraait.
Bijgevolg dienen de lagers die in dergelijke toepassingen gebruikt worden, deze zeer hoge toerentallen aan te kunnen.
Een toepassing van een lager karakteriseert men qua snelheid typisch met de zogenaamde 'n.dm' waarde, in het Engels ook wel 'speed factor' genaamd, die het product van het toerental n (in toeren per minuut of rpm) met de gemiddelde lagerdiameter dm (in millimeter of mm) voorstelt.
2017/5640
BE2017/5640
Een andere, analoge definitie is het 'DN' , waar de binnendiameter (in mm) vermenigvuldigd wordt met het toerental (in rpm) . In wat volgt, zal de 'n.dm' waarde worden gebruikt.
Deze 'n.dm' kan waarden aannemen van 1 x 106 tot 2 x 106 en hoger in de voornoemde hogesnelheidstoepassingen.
Vaak worden voor toepassingen met 'n.dm' hoger dan 2 x 106 magneetlagers of luchtlagers toegepast. Magneetlagers hebben echter als nadeel dat ze niet alleen duur zijn, maar ook complex. Bovendien worden ze, net als luchtlagers, vaak voor een specifieke toepassing ontworpen, waardoor ze slechts voor een beperkt toepassingsgebied geschikt zijn. Luchtlagers zijn qua constructie eenvoudiger dan magneet lagers, maar de robuustheid van deze lagers is dan weer kritisch.
Rollagers zijn in vergelijking met magneet- of luchtlagers veel minder complex, doch, om geschikt te zijn voor hogesnelheidstoepassingen, dienen zeer geavanceerde materialen gebruikt te worden, zoals keramische materialen voor de rolelementen en eventueel ook de lagerringen, evenals aangepaste materialen voor de kooi. Bovendien dienen deze ook specifiek ontworpen te worden met extreem nauwkeurige toleranties en moet de olietoevoer en oliekwaliteit, bijvoorbeeld qua zuiverheid, zeer nauwkeurig worden gecontroleerd. Dit maakt dat dergelijke rollagers hogere toerentallen aankunnen. Echter, bij de zeer hoge toerentallen waar magneet- en luchtlagers gebruikt worden, is de werkingsconditie voor dergelijke rollagers nog te
2017/5640
BE2017/5640 kritisch om voldoende lange levensduur van deze rollagers te garanderen.
Een lager-in-lager opstelling is reeds bekend, bijvoorbeeld uit het FR 582 661. Zulke bekende lager-in-lager opstelling omvat een binnenring met een loopbaan op zijn buitenste radiale oppervlak, een intermediaire ring met een loopbaan op zijn binnenste en buitenste radiale oppervlak en een buitenring met een loopbaan op zijn binnenste radiale oppervlak. Verder omvat zulke bekende lager-in-lager opstelling twee sets van rolelementen, met name een eerste set van rolelementen in rollend contact met de loopbanen van de binnenring en intermediaire ring en een tweede set van rolelementen in rollend contact met de loopbanen van de intermediaire ring en de buitenring. Met loopbanen wordt hier bedoeld de plaats waar de rolelementen afrollen op de lagerring, zijnde de binnenring, de intermediaire ring en de buitenring. Als de rolelementen bolvormig zijn, dan is de loopbaan een smal spoor op de lagerring.
Als de rolelementen cilindervormig zijn, dan is de loopbaan een spoor met dezelfde breedte als de cilindervormige rolelementen.
Dergelijke bekende lager-in-lager opstelling bestaat dus als het ware uit twee concentrische lagers, waarbij de binnenring van het buitenste lager eveneens dienst doet als de buitenring van het binnenste lager of waarbij de voornoemde binnenring van het buitenste lager en de voornoemde buitenring van het binnenste lager aan elkaar bevestigd zijn ter vorming van de intermediaire ring van het lager-in-lager.
2017/5640
BE2017/5640
Bij dergelijk lager-in-lager wordt het toerental gedeeld of gesplitst over twee lagers. Op deze manier zou, theoretisch althans, de 'n.dm' waarde over beide lagers verdeeld worden.
Dergelijk concept is reeds bekend, doch het blijkt dat, om goed te werken bij hoge toerentallen, de intermediaire ring van dergelijk lager-in-lager, aangedreven moet worden, zodat de snelheid ervan gecontroleerd kan worden.
Zonder aandrijving van de intermediaire ring - dus in het geval beide lagers vrij in elkaar draaien en het ene, aangedreven lager het andere als het ware meeneemt uitsluitend door middel van wrijving, zal het toerental niet goed verdeeld worden over beide lagers, zodat de 'n.dm' waarde van één van beide lagers te hoog kan worden. Daardoor wordt de beoogde doelstelling van een lager-inlager om de globale 'n.dm' waarde te reduceren teniet gedaan en kan de situatie zelfs erger worden dan wanneer voor dezelfde toepassing een enkel, klassiek lager met een binnen- en buitenring zou gebruikt worden.
Er zijn reeds oplossingen gekend om de intermediaire ring aan te drijven, zoals bijvoorbeeld mechanische of kinematisch gelinkte oplossingen met tandwielen, riemen en/of andere lagers. In DD 49.729, GB 647.002, US 4.618.271, JP H02-8512 en JP S62-41422 worden dergelijke oplossingen weergegeven en beschreven.
2017/5640
BE2017/5640
De voornoemde oplossingen hebben als nadeel dat ze complex en duur zijn. Bovendien zijn ze niet betrouwbaar omdat ze bijkomende mechanische systemen omvatten die dienen te functioneren bij hoge toerentallen en dus ook zeer gevoelig zijn aan faling.
De huidige uitvinding heeft tot doel aan minstens één van de voornoemde en/of andere nadelen een oplossing te bieden.
De huidige uitvinding heeft een inrichting als voorwerp voorzien van lager-in-lager met een binnenring, een intermediaire ring en een buitenring, waarbij tussen de binnenring en de intermediaire ring en tussen de intermediaire ring en de buitenring binnenste rolelementen, respectievelijk buitenste rolelementen zijn aangebracht, waarbij het lager-in-lager met zijn binnenring en buitenring is aangebracht tussen twee ten opzichte van elkaar verdraaibare onderdelen van de inrichting, een as en een behuizing, waarvan er één onderdeel gekoppeld is of kan worden aan een aandrijving, daardoor gekenmerkt dat de inrichting voorzien is van een overbrenging tussen de intermediaire ring en het aangedreven onderdeel om de intermediaire ring aan te drijven, waarbij deze overbrenging een contactloze overbrenging is.
Met een contactloze overbrenging wordt een overbrenging bedoeld waarbij er geen (fysiek) contact is tussen een deel van de overbrenging dat verbonden is met de intermediaire ring en het deel van de overbrenging dat verbonden is met het aangedreven onderdeel.
2017/5640
BE2017/5640
Dat kan gerealiseerd worden door een fysieke onderbreking of spleet tussen de onderdelen.
Een voordeel is dat door het aandrijven van de
intermediaire ring de snelheid ervan gecontroleerd kan
worden, zodat het toerental op een gepaste wijze wordt
verdeeld of gesplitst over het lager-in-lager.
Een ander voordeel is dat door het feit dat de overbrenging tussen de intermediaire ring en het aangedreven onderdeel is aangebracht, het door de aandrijving gegenereerde koppel gebruikt wordt om de intermediaire ring aan te drijven er geen externe motor, aandrijving of andere voeding nodig is. Met andere woorden: er is geen extra energiebron en/of toevoer nodig.
Een bijkomend voordeel is nog dat, door het contactloos aandrijven van de intermediaire ring, er geen gebruik moet worden gemaakt van tandwielen, riemen of andere mechanische verbindingen, die onderhevig zijn aan slijtage of defecten, en die functioneren op hoge snelheden niet toelaten.
In een praktische uitvoeringsvorm omvat de overbrenging, om de intermediaire ring contactloos aan te kunnen drijven, één of meerdere permanente magneten die zodanig zijn opgesteld dat zij meedraaien bij rotatie van de aangedreven lagerring. Met de aangedreven lagerring wordt bedoeld de lagerring van het lager-in-lager die verbonden is met het onderdeel dat gekoppeld is of kan worden aan een aandrijving en bijgevolg meedraait met het aangedreven onderdeel op hetzelfde toerental.
2017/5640
BE2017/5640
De voornoemde één of meerdere permanente magneten die geconfigureerd zijn om mee te draaien met de aangedreven lagerring kunnen bijvoorbeeld bevestigd zijn in een ring die bij voorkeur concentrisch is opgesteld ten opzichte van de lagerringen en die verbonden is met de aangedreven lagerring.
In een verdere praktische uitvoeringsvorm is de intermediaire ring verbonden met een remring van elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal. Deze intermediaire ring is bij voorkeur concentrisch opgesteld ten opzichte van de lagerringen. Tussen de één of meerdere permanente magneten en de remring is een spleet voorzien.
De één of meerdere permanente magneten die geconfigureerd zijn om mee te draaien met de aangedreven lagerring induceren dan zogenaamde wervelstromen (of Eddy currents) in deze remring.
Bij voorkeur bevindt zich rond de remring van elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal ook nog een ring van magnetisch geleidend materiaal zodat het door de permanente magneten opgewekte magnetische veld daarin gesloten wordt.
Zo wordt het magnetisch veld maximaal door de ring van elektrisch geleidend materiaal geleid en worden daarin veel wervelstromen opgewekt. Hierdoor gaat deze ring van elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch
2017/5640
BE2017/5640 materiaal meedraaien en bijgevolg ook de intermediaire ring. Dit fenomeen wordt ook wel 'magnetic drag' genoemd.
Bij voorkeur is de spleet tussen de één of meerdere permanente magneten en de remring van elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal kleiner dan anderhalve millimeter, liever nog kleiner dan één millimeter en bij voorkeur is de spleet ongeveer een halve millimeter breed.
In een alternatieve praktische uitvoeringsvorm is de overbrenging voorzien van een dunne fluïdumfilm die zich bevindt in een spleet van de overbrenging.
Deze dunne fluïdumfilm kan aangebracht zijn in een spleet tussen een ring verbonden met de aangedreven lagerring en een ring verbonden met de intermediaire ring.
Als fluïdum kan bijvoorbeeld olie of een ander smeermiddel gebruikt worden, die ook kan gebruikt worden om de lagers zelf te smeren.
De dikte van de spleet bedraagt bij voorkeur honderd micrometer of minder.
De werking is eenvoudig en als volgt. Wanneer de aangedreven lagerring draait, draait tegelijk de ring verbonden met de aangedreven lagerring. Door zogenaamde visceuze wrijving over de dunne fluïdumfilm in de spleet tussen de ring verbonden met de aangedreven lagerring en de ring verbonden met de intermediaire ring, brengt de ring
2017/5640
BE2017/5640 verbonden met de aangedreven lagerring een koppel over op de ring verbonden met de intermediaire ring en gaat de ring verbonden met de intermediaire ring, en bijgevolg ook de intermediaire ring zelf, meedraaien. Dit wordt ook wel 'viscous drag' genoemd.
In het geval de intermediaire ring contactloos wordt aangedreven door één of meerdere permanente magneten die meedraaien met de aangedreven lagerring, bestaat een verdere praktische uitvoeringsvorm erin dat:
- de aangedreven lagerring verbonden is met een eerste ring met permanente magneten;
- de intermediaire ring verbonden is met een ring met poolstukken; en
- de niet-aangedreven lagerring verbonden is met een tweede ring met permanente magneten.
Poolstukken, ook wel poolschoenen of 'pole pieces' genaamd, zijn blokjes van magnetische geleidend materiaal, dus met een hoge magnetische permeabiliteit, die als het ware de magnetische veldlijnen aantrekken.
Bij voorkeur is er telkens een nauwe spleet voorzien tussen de eerste ring en de ring met poolstukken, en tussen de ring met poolstukken en de tweede ring, welke spleet een dikte vertoont van maximaal twee millimeter, bij voorkeur maximaal één millimeter en nog meer bij voorkeur maximaal een halve millimeter.
Bij voorkeur wordt het aantal permanente magneten in de voornoemde eerste ring en tweede ring met permanente
2017/5640
BE2017/5640 magneten en het aantal poolstukken in de ring met poolstukken gekozen in functie van het toerental waarmee de intermediaire ring moet roteren relatief ten opzichte van de aangedreven lagerring.
Bij voorkeur wordt door keuze van de parameters van de ringen met permanente magneten en van de ring met poolstukken het aandrijfkoppel uitgeoefend op de intermediäre ring zodanig gekozen dat het net voldoende is om de intermediaire ring aan te drijven tot het gewenste toerental en met name de wrijvingsverliezen in de lagers en andere verliezen, zoals bijvoorbeeld aerodynamische verliezen te overwinnen.
Zo kunnen de afmetingen van de ringen met permanente magneten en van de ring met poolstukken beperkt gehouden worden zodat het geheel compact kan uitgevoerd worden. Een compacte uitvoering is goedkoper en vergemakkelijkt de integratie van een dergelijk lager-in-lager in een machine zonder dat grote aanpassingen nodig zijn, die mogelijks negatieve neveneffecten kunnen hebben, zoals bijvoorbeeld langere assen die tot andere modevormen en trillingsproblemen kunnen leiden.
Een dergelijke aandrijving of overbrenging wordt ook wel 'magnetic drive' of 'magnetic gear' genoemd. In US 5.633.555 en het artikel Analysis and Design Optimization of a Coaxial Surface-Mounted Permanent-Magnet Magnetic Gear van Xiaoxu Zhang, Xiao Liu, Chao Wang en Zhe Chen in open access journal Energies gepubliceerd op 22/12/2014 worden dergelijke 'magnetic drive' en/of 'magnetic gear'
2017/5640
BE2017/5640 aandrijvingen en/of overbrengingen beschreven alsook het ontwerp ervan.
In een verdere praktische uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding met een lager-in-lager waarbij de intermediaire ring aangedreven wordt middels 'magnetic drag' en/of 'viscous drag', wordt de intermediaire ring op een contactloze wijze afgeremd door een elektromagnetische kracht, waarbij de intermediaire ring verbonden is met een ring vervaardigd uit elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal en waarbij de inrichting met het lager-in-lager voorzien wordt van een stationaire elektromagneet zodanig dat tussen de ring vervaardigd uit elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal en de elektromagneet een spleet aanwezig is waarover de elektromagneet een elektromagnetisch veld kan creëren in de ring van elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal.
Bij voorkeur bevindt zich aan de zijde, weggericht van de elektromagneet van de ring van elektrische geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal, een ring van magnetisch geleidend materiaal waarin het veld dat opgewekt wordt door de elektromagneet gesloten wordt.
Zo wordt het magnetisch veld opgewekt door de elektromagneet maximaal door de ring van elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal geleid.
2017/5640
BE2017/5640
Wanneer de intermediäre ring aan het draaien is kunnen aldus door het opwekken van een elektromagnetisch veld door de elektromagneet in de ring vervaardigd uit elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal wervelstromen opgewekt worden in de ring vervaardigd uit elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal, waardoor de ring vervaardigd uit elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal zal afgeremd worden, net zoals bij een zogenaamde wervelstroomrem.
Aldus kan op eenvoudige wijze door het regelen van de bekrachtiging van de elektromagneet, met name door het aanen/of afzetten, de frequentie, de stroom en/of spanning, de afremming zodanig geregeld worden dat de ring vervaardigd uit elektrisch geleidend en bij voorkeur niet-magnetisch materiaal, en dus bijgevolg de intermediaire ring, op het gewenste toerental draait.
Bij voorkeur is de inrichting van een sensor voorzien voor meting van het toerental van de intermediaire ring om het toerental ervan door controle van de bekrachtiging van de elektromagneet nauwkeurig te regelen, bij voorkeur in een zogenaamde closed-loop met de sensormeting. Deze meting kan direct met een sensor gebeuren, maar kan ook indirect afgeleid worden uit andere parameters van de werkingstoestand van de machine.
Hierbij is de inrichting bij voorkeur voorzien van een regelaar, bijvoorbeeld een stuureenheid of controller,
2017/5640
BE2017/5640 welke op basis van de output van de voornoemde sensor, de bekrachtiging van de elektromagneet zal regelen.
Het toerental van de intermediaire ring kan bijvoorbeeld geregeld worden om bij verschillende snelheids- en of belastingsregimes van het lager-in-lager andere verhoudingen tussen de toerentallen van de lagers die het lager-in-lager uitmaken in te stellen.
Zo kan bijvoorbeeld een andere toerentalverhouding opgelegd worden bij opstart versus bij stationair regime van bijvoorbeeld een turbomachine waarvan de as gelagerd is door middel van een lager-in-lager volgens de uitvinding.
Ook is het mogelijk om de toerentalverhouding over de tijd aan te passen om gelijke slijtage te bekomen voor beide lagers die het lager-in-lager uitmaken om aldus een maximale levensduur voor het gehele lager-in-lager te bekomen.
In een praktische uitvoeringsvorm is de intermediaire ring opgebouwd uit twee concentrische ringen, die door middel van een perspassing of dergelijke aan elkaar zijn bevestigd tot één geheel, waarbij de binnenste concentrische ring samen met de binnenring en de binnenste rolelementen een eerste lager vormt en waarbij de buitenste concentrische ring samen met de buitenring en de buitenste rolelementen een tweede lager vormt dat concentrisch rond het eerste lager is aangebracht.
2017/5640
BE2017/5640
Een voordeel hiervan is dat het lager-in-lager opgebouwd kan worden met behulp van twee bestaande of standaard lagers.
Het is natuurlijk volgens de uitvinding niet uitgesloten dat het lager-in-lager gemaakt wordt met behulp van een speciaal daartoe gemaakte intermediaire ring.
De uitvinding betreft zowel een inrichting met een lagerin-lager waarbij binnenring aangedreven wordt en de buitenring stil staat (draaiende as) alsook een inrichting met een lager-in-lager waarbij de buitenring aangedreven wordt en de binnenring stil staat (stilstaande as).
In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm vormen de binnenring, de intermediaire ring en de binnenste rolelementen en/of de intermediaire ring, de buitenring en de buitenste rolelementen één van volgende types lager:
- één of tweerijig kogellager;
- één of tweerijig hoekcontactkogellager;
- vierpuntslager;
- één of tweerijig cilinderlager;
- kegellager;
- tonlager;
- naaldlager;
- axiaal kogellager (thrust ball bearing);
- cilindertaatslager (cylindrical roller thrust bearing).
2017/5640
BE2017/5640
Voor al deze standaard types van lagers zal de uitvinding realiseerbaar zijn en dit toont de veelzijdigheid en de mogelijkheden van de uitvinding aan.
De uitvinding betreft zowel een inrichting met een lagerin-lager dat oliegesmeerd is, als een inrichting met een lager-in-lager dat vetgesmeerd is. Beide types zijn geschikt voor snelheden hoger dan gebruikelijk voor gewone lagers, met name bij oliesmering hoger dan 1,5 x 106 'n.dm', of zelfs 2,0 x 106 'n.dm' en zelfs nog hoger dan 2,6 x 106 'n.dm' en, met name bij vetsmering, hoger dan 1 x 106 'n.dm', of zelfs 1,3 x 106 'n.dm', en zelfs nog hoger dan 1,6 x 106 'n.dm'.
Zo kan een dergelijk lager-in-lager gebruikt worden in plaats van magnetische of luchtlagers. In sommige situaties kunnen zo ook vetgesmeerde lager-in-lagers gebruikt worden in plaats van oliegesmeerde hoge snelheidslagers, zodat geen oliecircuit vereist is wat niet alleen duur is qua investeringskost en onderhoudskost, maar steeds ook het risico met zich meebrengt op oliecontaminatie.
De uitvinding betreft ook een turbomachine, welke een inrichting volgens de uitvinding bevat voor de lagering van minstens één as met een impeller.
De uitvinding kan ook een schroefcompressor betreffen, welke voorzien is van een richting volgens de uitvinding voor de lagering van minstens één as met een rotor. Met een schroefcompressor kan ook een schroefvacuümpomp of een schroefblower bedoeld worden.
2017/5640
BE2017/5640
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven van een lager-in-lager volgens de uitvinding, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin:
figuren 1 en 2 schematisch de voorzijde, respectievelijk de achterzijde van een lager-in-lager volgens de uitvinding weergeven;
figuur 3 een doorsnede volgens de lijn III-III in figuur 1 weergeeft;
figuren 4 en 5 alternatieve uitvoeringsvormen weergeven van figuur 3;
figuur 6 schematisch en in perspectief het lager-inlager uit figuur 5 weergeeft;
figuur 7 een andere alternatieve uitvoeringsvorm weergeeft van figuur 3.
Het in figuren 1 tot 3 weergegeven lager-in-lager 1 is opgebouwd uit een binnenring 2, intermediaire ring 3 en een buitenring 4.
Tussen de binnenring 2 en de intermediaire ring 3 zijn binnenste rolelementen 5 aangebracht, tussen de buitenring 4 en de intermediaire ring 3 zijn buitenste rolelementen 6 aangebracht.
In dit geval is het lager-in-lager 1 opgebouwd uit twee standaard kogellagers, namelijk een buitenste kogellager 9 en een binnenste kogellager 10, die concentrisch zijn en is
2017/5640
BE2017/5640 de intermediaire ring lagerringen, namelijk opgebouwd uit twee concentrische de binnenring 7 van het buitenste kogellager 9 en de buitenring 8 van het binnenste kogellager 10, en eventueel nog extra onderdelen zoals ringen .
De binnenring 7 van het buitenste kogellager 9 is door middel van een perspassing of dergelijke bevestigd aan de buitenring 8 van het binnenste kogellager 10 ter vorming van de intermediaire ring 3 van het lager-in-lager 1.
Zoals duidelijk te zien is in figuur 3, is het lager-inlager 1 aangebracht rondom een roterende as 11, waarbij de binnenring 2 van het lager-in-lager 1 dus de aangedreven lagerring is die wordt aangedreven door het koppel van de roterende as 11.
De buitenring 4 van het lager-in-lager 1 is gemonteerd in een behuizing 12.
De voornoemde roterende as kan bijvoorbeeld een as van een schroefrotor van een compressorelement zijn en de voornoemde behuizing bijvoorbeeld een compressorbehuizing.
Echter, het lager-in-lager 1 kan ook in vele andere machines toegepast worden, zoals bijvoorbeeld turbocompressoren, expanders, vacuümpompen, turbomoleculaire pompen, spindels, motoren, turbines, straalmotoren, etc.
2017/5640
BE2017/5640
Waar de binnenring 2 rechtstreeks wordt aangedreven door het koppel van de roterende as
11, wordt volgens de uitvinding de intermediaire ring 3 contactloos aangedreven door een deel van dit koppel.
In de uitvoeringsvorm van figuren tot 4, gebeurt deze aandrijving door een zogenaamde magnetic gear.
Zoals te zien is in figuur 3, is de binnenring 2 verbonden met een eerste ring met permanente magneten 14 en is de intermediaire ring verbonden met een ring die poolstukken 18 bevat.
Poolstukken 18, ook wel poolschoenen of 'pole pieces' genaamd, zijn blokjes van magnetisch geleidend materiaal.
Het ander materiaal waaruit de ring 15 bestaat houdt de poolstukken 18 vast en is bij voorkeur een niet-magnetisch en niet-elektrisch geleidend materiaal, zoals bijvoorbeeld een kunststof of composiet materiaal, zodat er geen of weinig bijkomende elektromagnetische verliezen in dat materiaal optreden.
Tussen de eerste ring 13 met permanente magneten en de ring 15 van niet-magnetisch en niet-elektrisch geleidend materiaal waarin de poolstukken 18 bevestigd zijn is een spleet 16a.
Deze spleet 16a heeft een dikte van ongeveer een halve mm.
2017/5640
BE2017/5640
Volgens de uitvinding is de dikte van deze spleet 16a kleiner dan anderhalve mm, en liever nog kleiner dan één mm.
Verder is de buitenring 4 verbonden met een tweede ring 19 met permanente magneten 17.
Ook tussen de tweede ring 19 met permanente magneten 17 en de ring 15 met poolstukken 18 is eveneens een spleet 16b, waarbij de spleet 16b eveneens bij voorkeur kleiner is dan anderhalve mm, en liever nog kleiner dan één mm. In dit geval is de spleet 16b een halve mm dik.
De eerste ring 13 en de tweede ring 19 met respectievelijk permanente magneten 14 en 17, en de ring 15 met poolstukken vormen tezamen een magnetische tandwieloverbrenging 20 of 'magnetic gear'. In US 5.633.555 en in A novel highperformance magnetic gear, K.Atallah, D.Howe, IEEE Transactions on Magnetics, vol.37, No.4, July 2001 worden dergelijke magnetische tandwieloverbrengingen 20 besproken.
De permanente magneten 14 en 17 worden met afwisselende polariteit geplaatst zodat bij rotatie van de ringen 13 en een wisselend magnetisch veld geïnduceerd wordt. De permanente magneten 14 en 17 vormen elk een specifiek aantal poolparen, gelijk aan de helft van het aantal magneten in die ring. Het aantal poolparen overeenstemmend met het aantal permanente magneten 14 in de eerste ring 13 en het aantal poolparen overeenstemmend met het aantal permanente magneten 17 in de tweede ring 19 en het aantal poolstukken 18 in de ring 15 wordt gekozen in functie van
2017/5640
BE2017/5640 de snelheid waarmee de intermediaire ring 3 moet roteren relatief ten opzichte van de binnenring 2. Deze functies zijn gekend uit de literatuur.
De snelheid waarmee de intermediaire ring 3 moet roteren relatief ten opzichte van de binnenring 2, i.e. de aangedreven lagerring, hangt af van de toepassing waarin het lager-in-lager 1 zal toegepast worden.
Bij voorkeur is het aantal permanente magneten 14, 17 in de voornoemde eerste ring 13 en tweede ring 19 met permanente magneten 14, 17 en het aantal poolstukken 18 in de ring 15 met poolstukken 18 zo bepaald dat de intermediaire ring 3 roteert met een toerental lager dan dat van de aangedreven lagerring, bij voorkeur met een toerental gelijk aan ongeveer de helft van het toerental van de aangedreven lagerring.
De werking van de inrichting 1 is zeer eenvoudig en als volgt.
Tijdens het gebruik zal de as 11 roteren, waardoor de binnenring 2 die op de as 11 is aangebracht, zal roteren aan het toerental van de as 11.
Samen met binnenring 2, zal ook de eerste ring 13 met permanente magneten 14 roteren.
De permanente magneten 14 genereren magnetische velden over de spleet 16a die over de poolstukken 18 van magnetisch
2017/5640
BE2017/5640 materiaal die in de ring 15 bevestigd zijn gesloten worden. De ring 15 is verbonden met de intermediaire ring 3.
Analoog genereren de permanente magneten 17 die niet roteren magnetische velden over de spleet 16b die over de poolstukken 18 van magnetisch materiaal die in de ring 15 bevestigd zijn gesloten worden.
Door het discrete aantal permanente magneten 14 en 17, en het discreet aantal poolstukken 18 krijgen we gemoduleerde magnetische velden in de luchtspleten 16a en 16b. Door de juiste verhouding tussen het aantal permanente magneten 14, het aantal poolstukken 18 en het aantal permanente magneten 17 te kiezen, op basis van formules gekend in de literatuur zoals hoger vermeld, zullen de gemoduleerde velden in de luchtspleten 16a en 16b op gesynchroniseerde wijze interageren en de intermediaire ring 3 op een welbepaalde verhouding van het toerental van de binnenring 2 laten draaien.
Op deze manier zal de intermediaire ring 3 roteren op een bepaalde snelheidsverhouding ten opzichte van de aandrijvende as 11 zonder de noodzaak van een elektrische motor met een hoge frequentie controller.
De intermediaire ring 3 wordt aangedreven door een magnetische tandwieloverbrenging 20, met een bepaalde snelheid relatief ten opzichte van de binnenring 2, waarbij de verhouding tussen de snelheden vastligt en wordt bepaald door het aantal permanente magneten 14 in de eerste ring 13
2017/5640
BE2017/5640 en het aantal permanente magneten in de tweede ring 19 en het aantal poolstukken 18 in de ring 15.
Het systeem zoals weergegeven in figuren 1 tot 3 is een volledig passief systeem, zonder enige actieve controle.
Het is duidelijk dat de uitvoeringsvorm zoals weergegeven in deze figuren, eenvoudig, relatief goedkoop en robuust
In figuur 4 is een variant weergegeven volgens figuur 1, waarbij in dit geval een dubbel lager-in-lager 1 wordt afgebeeld, waarbij tussen twee naast elkaar gelegen lagerin-lagers 1 een magnetische tandwieloverbrenging 20 is aangebracht.
Of, met andere woorden, naast de magnetische tandwieloverbrenging 20 uit figuur 3, is er nog een lagerin-lager 1 aangebracht.
Zoals blijkt uit figuur 4, zijn beide intermediaire ringen 3 verbonden met de ring 15 met poolstukken 18.
Analoog zijn beide binnenringen 2 en beide buitenringen 4 verbonden met de eerste ring 13 met permanente magneten 14 respectievelijk tweede ring 19 met permanente magneten 17.
De magnetische tandwieloverbrenging 20 zal met andere woorden beide lager-in-lagers 1 controleren. De werking is voor de rest volledig analoog aan de vorige uitvoeringsvorm.
2017/5640
BE2017/5640
In figuren 5 en 6 is een alternatieve uitvoeringsvorm weergegeven, waarbij in dit geval de aandrijving van de intermediaire ring 3 op contactloze wijze gebeurt door magnetic drag, waarbij de aangedreven binnenring 2 verbonden is met een eerste ring 13 met permanente magneten 14 en de intermediaire ring 3 verbonden is met een remring .
Een mogelijke uitvoeringsvorm voor deze remring 27 wordt getoond in figuur 5. De remring bestaat hier uit een ring van magnetisch geleidend materiaal, zoals bijvoorbeeld staal, en twee ringen 29a en 29b van niet-magnetisch maar wel elektrisch geleidend materiaal, zoals bijvoorbeeld aluminium, welke concentrisch aan de binnenkant, respectievelijk de buitenkant van ring 28 bevestigd zijn.
Tussen de eerste ring 13 met permanente magneten 14 en de ring 29a van elektrisch geleidend materiaal is een spleet 16a. Deze spleet heeft een dikte van ongeveer een halve mm. Volgens de uitvinding is de dikte van deze spleet 16a kleiner dan anderhalve mm, en liever nog kleiner dan één mm.
De permanente magneten 14 worden met afwisselende polariteit geplaatst zodat bij rotatie van de eerste ring 13 een wisselend magnetisch veld geïnduceerd wordt in de luchtspleet 16a en in de ring 29a van niet-magnetisch maar wel elektrische geleidend materiaal, en dat gesloten wordt in de ring 28 van magnetisch geleidend materiaal. Doordat het materiaal van de ring 29a elektrische geleidend is zullen door het wisselend magnetisch veld zogenaamde
2017/5640
BE2017/5640 wervelstromen, ook wel eddy currents genaamd, daarin opgewekt worden, welke aanleiding geven tot zogenaamde wervelstroomverliezen. Om deze verliezen te compenseren zal de ring 29a, en bijgevolg de remring 27, beginnen draaien.
Aldus wordt de remring 27 aangedreven door magnetic drag.
Het koppel waarmee deze magnetic drag de remring 27 aandrijft, hangt af van verschillende factoren, zoals de sterkte van het geïnduceerde magnetische veld, het toerental verschil tussen ring 13 en remring 27, en de constructieve opbouw en materiaaleigenschappen van remring 27 .
Men zal ervoor zorgen dat de intermediaire ring 3 sneller zal roteren dan het gewenste toerental voor de specifieke lager-in-lager toepassing, door bijvoorbeeld de dikte van de spleet 16a en het aantal permanente magneten 14 en hun magnetische sterkte geschikt te kiezen.
Om de intermediaire ring 3 af te remmen en op het gewenste toerental te laten draaien, wordt opnieuw beroep gedaan op een contactloze overbrenging die eveneens werkt op het wervelstroom principe, ook wel eddy current genaamd.
Er wordt gebruik gemaakt van een magneetrem 21, een zogenaamde wervelstroomrem, ook 'Eddy current brake' genaamd, die gevormd wordt door de voornoemde ring 28 uit magnetisch geleidend materiaal, de ring 29b uit nietmagnetisch maar wel elektrisch geleidend materiaal en een stationaire elektromagneet 22, die voorzien wordt zodanig dat tussen de ring 29b uit niet-magnetisch maar wel
2017/5640
BE2017/5640 elektrisch geleidend materiaal en de elektromagneet 22 een spleet 23 aanwezig is waarover de elektromagneet 22 een elektromagnetisch veld kan genereren in de ring 29b en dat gesloten wordt in de ring 28.
De spleet 23 tussen de ring 29b en de stationaire
elektromagneet 22 is van dezelfde grote orde als de
voornoemde spleten 16a en 16b in de uitvoeringsvorm van
figuren 1 tot 3 tussen de eerste ring 13 en tweede ring 19,
met respectievelijk permanente magneten 14 en 17, en de ring 15 .
Door een stroom in de stationaire elektromagneet 22 toe te passen wanneer de remring 27 draait, zullen wervelstromen gegenereerd worden in de ring 29b uit elektrisch geleidend
materiaal, waardoor de intermediaire ring 3 afgeremd zal
worden.
De mate van afremming van de intermediaire ring 3 zal
bepaald worden door de grootte van de stroom en/of
spanning, de wijze van aan- en/of uitschakelen en de
frequentie.
Er kan een niet op de figuren weergegeven sensor voorzien worden die de snelheid van de intermediaire ring 3 bepaalt en een sturing die op basis van de gemeten snelheid een stroom door de elektromagneet 22 zal sturen om de intermediaire ring 3 te kunnen afremmen tot de gewenste snelheid.
2017/5640
BE2017/5640
Hiertoe kan de sturing voorzien zijn van een algoritme dat ervoor zal zorgen dat de 'n.dm'-waarde van het binnenste lager 10 gelijk is aan de 'n.dm'-waarde van het buitenste lager 9, of dat de verhouding van beide waarden binnen bepaalde marges valt. Dit komt in het huidige voorbeeld overeen met een verhouding van het toerental van 70-30 tot 60-40. Het is duidelijk dat deze verhouding kan variëren afhankelijk van de toepassing.
In figuur 6 is de elektromagneet 22 duidelijk zichtbaar. Deze is stationair, wat wil zeggen dat deze vast verbonden is met de behuizing 12 in dit geval en dus niet mee zal roteren met het lager-in-lager 1.
De elektromagneet 22 is in dit geval hoefijzervormig en voorzien van windingen 24. Doch, dit is slechts een illustratief voorbeeld en de uitvinding is hiertoe niet beperkt.
Hoewel de uitvoeringsvorm uit figuren 5 en 6 niet volledig passief is en een bijkomende sturing en sensor vereist, heeft deze uitvoeringsvorm als voordeel dat de snelheid van de intermediaire ring 3 vrij gecontroleerd kan worden. In de vorige uitvoeringsvorm ligt de snelheid van de intermediaire ring vast.
Figuur 7 toont nog een variant, waarbij in dit geval de afremming van de intermediaire ring 3 zal gebeuren op dezelfde wijze als in het voorbeeld van figuren 5 en 6,
i.e. met de magneetrem 21, doch waarbij de contactloze
2017/5640
BE2017/5640 aandrijving in dit geval gebeurt door middel van een visceuze weerstandskracht of drag.
Hiervoor zijn zowel de binnenring 2 als de intermediaire
ring 3 voorzien van een ring 25a, 25b, met tussen beide
ringen 25a, 25b een spleet 26, waarbij deze spleet 2 6 is
opgevuld met een fluïdum.
De dikte van deze spleet 26 hangt af van het betreffende fluïdum. Het fluïdum kan bijvoorbeeld een smeermiddel, zoals olie, of water zijn.
In het geval van olie, is de dikte van de spleet 26 bij voorkeur 100 micrometer of kleiner.
De werking van de contactloze aandrijving is gebaseerd op het feit dat door het roteren van de binnenring 2, de intermediaire ring 3 zal starten te roteren door de visceuze weerstandskracht of drag die gegenereerd wordt door de dunne film van het fluïdum in de spleet 26.
De dikte van de spleet 26 zal bepalen hoeveel koppel er wordt gegenereerd en dus aan welke snelheid de intermediaire ring 3 zal meedraaien.
Ook hier weer wordt ervoor gezorgd dat de intermediaire ring 3 te snel zal meedraaien, zodat deze met de magneetrem 21 tot de gewenste snelheid afgeremd kan worden.
2017/5640
BE2017/5640
Een bijkomend voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat de oliefilm in de spleet 26 een dempende werking heeft, zodat eventuele trillingen opgevangen kunnen worden.
Alle beschreven lager-in-lagers 1 kunnen ook vetgesmeerd zijn. Dit houdt in dat de lager-in-lagers 1 uit figuren 1 tot 6, en uit figuur 7 voor zover er geen oliefilm aangewend wordt, geschikt zijn voor olievrije toepassingen, zoals bijvoorbeeld olievrije compressoren, zoals bijvoorbeeld olievrije turbo- of schroefcompressoren.
Dergelijke vetgesmeerde lager-in-lagers 1 zijn geschikt voor snelheden hoger dan 1 x 106 'n.dm' [toeren per minuut . millimeter], waarbij de snelheid zelfs kan oplopen tot hoger dan 1,3 x 106 'n.dm'' of 1,6 x 10λ6 'n.dm'.
Alternatief kunnen de lager-in-lagers 1 ook oliegesmeerd zi jn.
De olie wordt hierbij bij voorkeur door middel van een oliejet of oliemist in het lager-in-lager 1 ingespoten.
Dergelijke lager-in-lagers 1 zijn geschikt voor zeer hoge snelheden, hoger dan 1.5 x 106 'n.dm' [toeren per minuut . millimeter], waarbij snelheden hoger dan 2,0 x 106 'n.dm' en zelfs hoger dan 2,6 x 106 'n.dm' mogelijk zijn.
Bij voorkeur is het lager-in-lager 1 axiaal zo compact mogelijk, zodat de as 11 waarop het lager-in-lager 1 gemonteerd is zo kort mogelijk kan uitgevoerd worden, wat aangewezen is voor het gebruik bij zeer hoge snelheden.
2017/5640
BE2017/5640
Daarom wordt het vermogen, en dus ook het koppel, dat van de binnenring 2 naar de intermediaire ring 3 overgedragen wordt best beperkt tot iets meer dan het nodige koppel om het wrijvingskoppel van het buitenste lager te compenseren zodat de intermediaire ring 3 meedraait.
De breedte in axiale zin van de voornoemde spleten 16a, 16b, 23, 26 is bij voorkeur smaller dan drie keer de breedte van de rolelementen 5, 6 van het lager-in-lager 1, en nog meer bij voorkeur smaller dan twee keer de breedte van de rolelementen 5, 6.
Dit is compleet anders dan bij de gekende magnetische tandwieloverbrengingen 20 uit de literatuur die in axiale zin niet compact zijn, aangezien deze ontworpen zijn voor toepassingen met veel lagere toerentallen, maar met hoge koppels.
Hoewel in de weergegeven voorbeelden de binnenring 2 steeds aangedreven wordt door het voornoemde koppel, dit wil zeggen dat de binnenring 2 op een roterende as 11 gemonteerd is, en de buitenring 4 stationair is, dit wil zeggen in een behuizing 12 is aangebracht, is het volgens de uitvinding niet uitgesloten dat de buitenring 4 wordt aangedreven door het voornoemde koppel en dat de binnenring 2 stationair is.
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een lager-in-lager volgens de uitvinding kan in allerlei vormen en afmetingen worden
2017/5640
BE2017/5640 verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (26)

  1. Conclusies .
    1.- Inrichting voorzien van een lager-in-lager (1) met een binnenring (2), een intermediaire ring (3) en een buitenring (4), waarbij tussen de binnenring (2) en de intermediaire ring (3) en tussen de intermediaire ring (3) en de buitenring (4) binnenste rolelementen (5), respectievelijk buitenste rolelementen (6) zijn aangebracht, waarbij het lager-in-lager (1) met zijn binnenring (2) en buitenring (4) is aangebracht tussen twee ten opzichte van elkaar verdraaibare onderdelen van de inrichting, een as (11) en een behuizing (12), waarvan er één onderdeel (11 of 12) gekoppeld is of kan worden aan een aandrijving, daardoor gekenmerkt dat de inrichting voorzien is van een overbrenging tussen de intermediaire ring (3) en het aangedreven onderdeel (11 of 12) om de intermediaire ring (3) aan te drijven, daardoor gekenmerkt dat deze overbrenging een contactloze overbrenging is.
  2. 2.- Inrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt magneten drijven, dat, om
    de intermediaire ring (3) contactloos aan te de overbrenging één of meerdere permanente (14: ) omvat die meedraaien met de aangedreven
    lagerring.
  3. 3.- Inrichting volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de overbrenging een remring (27) omvat die verbonden is met de intermediaire ring (3), welke remring (27) een ring (29a) van niet-magnetisch maar wel elektrisch geleidend materiaal bevat, zodanig dat tussen de één of meerdere
    2017/5640
    BE2017/5640 permanente magneten (14) en de remring (27) een spleet (16a) is.
  4. 4. - Inrichting volgens conclusie 3, daardoor gekenmerkt dat de dikte van de voornoemde spleet (16a) kleiner is dan anderhalve millimeter, liever nog kleiner dan één millimeter en bij voorkeur is de dikte van de spleet (16a) ongeveer een halve millimeter.
  5. 5. - Inrichting volgens conclusie 3 en/of 4, daardoor gekenmerkt dat de remring (27) rondom de ring (2 9a) van niet-magnetisch maar wel elektrisch geleidend materiaal een ring (28) van magnetische geleidend materiaal bevat.
  6. 6. - Inrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de overbrenging voorzien is van een spleet (26) waarin een dunne fluïdum film kan aangebracht worden.
  7. 7. - Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat zowel de aangedreven lagerring als de intermediaire ring (3) voorzien zijn van een ring (25a, 25b), met tussen beide ringen (25a, 25b) een spleet (26), waarbij deze spleet (26) opgevuld kan worden met een fluïdum.
  8. 8. - Inrichting volgens conclusie 7, daardoor gekenmerkt dat de dikte van de voornoemde spleet (26) honderd micrometer of kleiner is.
  9. 9. - Inrichting volgens conclusie 2, daardoor gekenmerkt dat de overbrenging om de intermediaire ring (3) aan te drijven
    2017/5640
    BE2017/5640 een magnetische tandwieloverbrenging (20) is tussen twee ten opzichte van elkaar verdraaibare onderdelen (11, 12) .
  10. 10. - Inrichting volgens conclusie 2 of 9, daardoor gekenmerkt dat de aangedreven lagerring verbonden is met een concentrische eerste ring (13) met permanente magneten (14) , de intermediaire ring (3) verbonden is met een concentrische ring (15) met poolstukken (18) en de nietaangedreven lagerring verbonden is met een concentrische tweede ring (19) met permanente magneten (17).
  11. 11. - Inrichting volgens conclusie 10, daardoor gekenmerkt dat er een spleet (16a, 16b) is tussen de eerste ring (13) en de ring (15) met poolstukken (18), en tussen de ring (15) met poolstukken (18) en de tweede ring (19) met een dikte van maximaal twee millimeter, bij voorkeur maximaal één millimeter en nog meer bij voorkeur maximaal een halve millimeter.
  12. 12. - Inrichting volgens conclusie 10 en/of 11, daardoor gekenmerkt dat het aantal permanente magneten (14, 17) in de voornoemde eerste ring (13) en tweede ring (19) met permanente magneten (14, 17) en het aantal poolstukken (18) in de ring (15) met poolstukken (18) zo bepaald is dat de intermediaire ring (3) roteert met een toerental lager dan dat van de aangedreven lagerring, bij voorkeur met een toerental gelijk aan ongeveer de helft van het toerental van de aangedreven lagerring.
  13. 13. - Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies 1 tot 8, daardoor gekenmerkt dat de inrichting
    2017/5640
    BE2017/5640 voorzien is van een magneetrem (21) om de intermediaire af te remmen.
  14. 14.- Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies tot daardoor gekenmerkt dat de intermediaire ring op een contactloze wijze wordt afgeremd door een elektromagnetische kracht, waarbij de intermediaire ring (3) is verbonden met een vervaardigd uit niet-magnetisch maar wel elektrisch geleidend materiaal en waarbij de inrichting met het lagerin-lager voorzien wordt van een stationaire elektromagneet zodanig dat tussen de ring elektromagneet een waarover de elektromagneet een elektromagnetisch veld kan creëren
  15. 15.- Inrichting volgens conclusie 14, daardoor gekenmerkt dat de inrichting voorzien is van een sensor voor het meten van het toerental van de intermediaire ring (3).
  16. 16. Inrichting volgens conclusie 14 of 15, daardoor gekenmerkt dat de inrichting voorzien is van een regelaar geconfigureerd om de bekrachtiging van de windingen (24) van de elektromagneet (22) te regelen op basis van het toerental van de intermediaire ring (3).
  17. 17. - Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de intermediaire ring (3) is opgebouwd uit twee concentrische ringen (7, 8), die door middel van een perspassing of dergelijke aan elkaar zijn bevestigd tot één geheel, waarbij de binnenste
    2017/5640
    BE2017/5640 concentrische ring (8) samen met de binnenring (2) en de binnenste rolelementen (5) een eerste lager (10) vormt en waarbij de buitenste concentrische ring (7) samen met de buitenring (4) en de buitenste rolelementen (6) een tweede lager (9) vormt dat concentrisch rond het eerste lager (10) is aangebracht.
  18. 18. - Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de binnenring (2) de aangedreven lagerring is, die wordt aangedreven via het voornoemde aangedreven onderdeel (11).
  19. 19. - Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies 1 tot 16, daardoor gekenmerkt dat de buitenring (4) de aangedreven lagerring is, die wordt aangedreven via het voornoemde aangedreven onderdeel (12).
  20. 20. - Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de binnenring (2), de intermediaire ring (3) en de binnenste rolelementen (5) en/of dat de intermediaire ring (3), de buitenring (4) en de buitenste rolelementen (6) een één of tweerijig kogellager, één of tweerijig hoekcontactkogellager, vierpuntslager, één of tweerijig cilinderlager, kegellager, tonlager, naaldlager, axiaal kogellager of cilindertaatslager is.
  21. 21. - Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het lager-in-lager (1) oliegesmeerd is.
    2017/5640
    BE2017/5640
  22. 22. - Inrichting volgens conclusie 20, daardoor gekenmerkt dat het lager-in-lager (1) geschikt is voor snelheden hoger dan 1.5 x 106 'n.dm'' [toeren per minuut . millimeter], bij voorkeur hoger dan 2,0 x 106 'n.dm'' en liever nog 2,6 x 106 'n. dm' .
  23. 23. - Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies 1 tot 18, daardoor gekenmerkt dat het lager-inlager (1) vetgesmeerd is.
  24. 24. - Inrichting volgens conclusie 22, daardoor gekenmerkt dat het lager-in-lager (1) geschikt is voor snelheden hoger dan 1 x 106 'n.dm'' [toeren per minuut . millimeter], bij voorkeur hoger dan 1,3 x 106 'n.dm'' en liever nog 1,6 x 106 'n. dm' .
  25. 25. - Turbomachine, daardoor gekenmerkt dat deze een inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies bevat voor de lagering van minstens één as met een impeller.
  26. 26. - Schroefcompressor, daardoor gekenmerkt dat deze een inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies 1 tot 24 bevat voor de lagering van minstens één as met een rotor.
BE2017/5640A 2017-09-08 2017-09-08 Inrichting voorzien van een lager-in-lager BE1025552B1 (nl)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE2017/5640A BE1025552B1 (nl) 2017-09-08 2017-09-08 Inrichting voorzien van een lager-in-lager
ES18766043T ES2913299T3 (es) 2017-09-08 2018-08-10 Dispositivo provisto con un cojinete en cojinete.
DK18766043.6T DK3679258T3 (da) 2017-09-08 2018-08-10 Indretning med et leje-i-lejet.
CN201880057854.XA CN111051716B (zh) 2017-09-08 2018-08-10 一种设置有轴承中设置轴承的装置
US16/644,558 US11015647B2 (en) 2017-09-08 2018-08-10 Device provided with a bearing-in-bearing
PCT/IB2018/056025 WO2019048953A1 (en) 2017-09-08 2018-08-10 DEVICE WITH A BEARING IN A BEARING
EP18766043.6A EP3679258B1 (en) 2017-09-08 2018-08-10 Device provided with a bearing-in-bearing
JP2020513697A JP6946552B2 (ja) 2017-09-08 2018-08-10 軸受内軸受を備えた装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BE2017/5640A BE1025552B1 (nl) 2017-09-08 2017-09-08 Inrichting voorzien van een lager-in-lager

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BE1025552A1 BE1025552A1 (nl) 2019-04-04
BE1025552B1 true BE1025552B1 (nl) 2019-04-09

Family

ID=59982210

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BE2017/5640A BE1025552B1 (nl) 2017-09-08 2017-09-08 Inrichting voorzien van een lager-in-lager

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11015647B2 (nl)
EP (1) EP3679258B1 (nl)
JP (1) JP6946552B2 (nl)
CN (1) CN111051716B (nl)
BE (1) BE1025552B1 (nl)
DK (1) DK3679258T3 (nl)
ES (1) ES2913299T3 (nl)
WO (1) WO2019048953A1 (nl)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111255806A (zh) * 2020-03-10 2020-06-09 重庆中电大宇卫星应用技术研究所 一种带有驱动功能的超高速轴承及其驱动方法
CN111503151A (zh) * 2020-06-16 2020-08-07 陈铁钢 基于微机控制的磁阻式双滑道高速轴承的调速方法
CN114688172A (zh) * 2021-09-16 2022-07-01 左大虎 一种高速轴承
US11536159B1 (en) * 2021-12-17 2022-12-27 Borgwarner Inc. Bearing assembly for supporting rotation of a shaft in a turbocharger

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2789021A (en) * 1955-09-09 1957-04-16 Curtiss Wright Corp Bearing for contra-rotating shafts
US6115213A (en) * 1995-03-17 2000-09-05 Hitachi, Ltd. Bearing assembly having compact thickness, spindle motor and actuator using the same bearing assembly, and magnetic disk drive
JP2003307215A (ja) * 2002-04-16 2003-10-31 Nsk Ltd 軸受ユニット及び薄型モータ
US6741428B1 (en) * 2001-03-30 2004-05-25 Western Digital Technologies, Inc. Spindle motor having inner and outer ball bearing sets
CN101191521A (zh) * 2007-12-24 2008-06-04 南京航空航天大学 用于磁悬浮轴承系统的向心推力保护轴承

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD49729A (nl)
FR582661A (fr) 1924-06-11 1924-12-24 Dispositif de roulements à billes pour très grandes vitesses, à usure et étanchéité de joints normales
GB647002A (en) 1947-12-19 1950-12-06 Rolls Royce Improvements in or relating to bearings
US2647807A (en) * 1951-06-30 1953-08-04 Standard Oil Co Nonfretting antifriction bearing
US3547503A (en) * 1968-06-11 1970-12-15 Barden Corp Dual step motor controlled low friction oscillating bearing arrangement for gyroscope rotor or the like
JPS6241422A (ja) 1985-08-19 1987-02-23 Fumitaka Hirozawa 軸受機構
US4618271A (en) 1985-12-11 1986-10-21 Florida State University Serial bearing assembly
JPH028512A (ja) 1988-06-27 1990-01-12 Nippon Denso Co Ltd トリプルレース軸受
DE4405701A1 (de) 1994-02-23 1995-08-24 Philips Patentverwaltung Magnetisches Getriebe mit mehreren magnetisch zusammenwirkenden, relativ zueinander beweglichen Teilen
DE10051985A1 (de) 2000-10-20 2002-05-02 Ina Schaeffler Kg Lüfterkupplung
JP2002142406A (ja) * 2000-11-01 2002-05-17 Mitsubishi Electric Corp 有限回転電動機
US6989618B2 (en) * 2001-04-18 2006-01-24 Nsk Ltd. Rolling bearing with built-in motor
US20110080675A1 (en) * 2009-05-23 2011-04-07 First Principles LLC Low hysteresis bearing
CN205858955U (zh) * 2016-06-21 2017-01-04 新昌县威尔特轴承有限公司 一种可以交替工作的轴承
DE102016118360A1 (de) * 2016-09-28 2018-03-29 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Axiallageranordnung

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2789021A (en) * 1955-09-09 1957-04-16 Curtiss Wright Corp Bearing for contra-rotating shafts
US6115213A (en) * 1995-03-17 2000-09-05 Hitachi, Ltd. Bearing assembly having compact thickness, spindle motor and actuator using the same bearing assembly, and magnetic disk drive
US6741428B1 (en) * 2001-03-30 2004-05-25 Western Digital Technologies, Inc. Spindle motor having inner and outer ball bearing sets
JP2003307215A (ja) * 2002-04-16 2003-10-31 Nsk Ltd 軸受ユニット及び薄型モータ
CN101191521A (zh) * 2007-12-24 2008-06-04 南京航空航天大学 用于磁悬浮轴承系统的向心推力保护轴承

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020534481A (ja) 2020-11-26
US20200263729A1 (en) 2020-08-20
WO2019048953A1 (en) 2019-03-14
ES2913299T3 (es) 2022-06-01
US11015647B2 (en) 2021-05-25
JP6946552B2 (ja) 2021-10-06
EP3679258B1 (en) 2022-02-23
CN111051716B (zh) 2022-03-01
CN111051716A (zh) 2020-04-21
EP3679258A1 (en) 2020-07-15
BE1025552A1 (nl) 2019-04-04
DK3679258T3 (da) 2022-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
BE1025552B1 (nl) Inrichting voorzien van een lager-in-lager
EP1188943B1 (en) Magnetic levitation rotating machine
US5767597A (en) Electromagnetically biased homopolar magnetic bearing
US11415142B2 (en) Shaft bearing device with a lifting device
EP3542079B1 (en) Thrust active magnetic bearing for shaft slow roll control
US20160312826A1 (en) Protective bearing, bearing unit, and vacuum pump
US10584765B2 (en) Dynamic force generator comprising at least two unbalanced masses and actuator comprising said generators
JP2015113981A (ja) 回転システム
Budig Magnetic bearings and some new applications
SE508445C2 (sv) Vakuumpump av höghastighetstyp
KR20020067863A (ko) 셀프 베어링 스텝모터 및 그 제어방법
Goraj Theoretical study on a novel electromagnetically supported hydrodynamic bearing under static loads
CN114375371B (zh) 用于磁悬浮系统的磁致动器
JPH076541B2 (ja) 磁気軸受装置
CN110670183A (zh) 一种用于驱动纺杯超高速电机主轴的混磁悬浮轴承
JPS63285329A (ja) 電磁制御式動圧軸受
SU1575270A1 (ru) Электрошпиндель с магнитным подвесом ротора
JPH01229118A (ja) 回転装置
JPH033629A (ja) 回転装置
JPH08114228A (ja) 軸受装置
Pavani et al. Design principles of a magnetic-passive and sliding conjugated bearing
CN116667583A (zh) 通用型罩极式磁力轴承及其实施方法
JP2004232739A (ja) 磁気軸受装置
Jokić et al. Turbo Molecular Pump Levitated by Unbiased Active Magnetic Bearing
Sines The Dynamics and Lubrication of a Miniature Turbine Rotor on Porous Bushings

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Effective date: 20190409

HC Change of name of the owners

Owner name: VRIJE UNIVERSITEIT BRUSSEL; BE

Free format text: DETAILS ASSIGNMENT: CHANGE OF OWNER(S), CHANGEMENT DE NOM DU PROPRIETAIRE, CORRECTION; FORMER OWNER NAME: VRIJE UNIVERSITEIT BRUSSEL VERENIGING ZONDER WINSTOOGMERK

Effective date: 20191113

PD Change of ownership

Owner name: ATLAS COPCO AIRPOWER; BE

Free format text: DETAILS ASSIGNMENT: CHANGE OF OWNER(S), CESSION; FORMER OWNER NAME: VRIJE UNIVERSITEIT BRUSSEL

Effective date: 20200227