DE2800960A1

DE2800960A1 - Lagerung eines kurzen rotors mit grossem durchmesser

Info

Publication number: DE2800960A1
Application number: DE19782800960
Authority: DE
Inventors: Helmut Habermann
Original assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Current assignee: Societe Europeenne de Propulsion SEP SA
Priority date: 1977-01-12
Filing date: 1978-01-11
Publication date: 1978-07-13
Also published as: DE2800960C2; CA1110306A; FR2377549B1; FR2377549A1; JPS6014931B2; GB1597720A; US4353602A; JPS5388445A

Description

Anm.: Societe Anonyme dite: SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION 3, Avenue du General de Gaulle, 92800 Puteaux/ Prankreich

Lagerung eines kurzen Rotors mit großem Durchmesser

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisch wirkendes Axial-Lager für flache Rotoren von großem Durchmesser und geringer Länge von dem Typ, der ein festes Induktionsteil von ringförmiger Gestalt und eine Armatur in Form einer Scheibe, die fest mit dem Rotor verbunden ist und gegenüber dem Induktionsteil liegt, und mindestens einen Fühler für die axiale Lage des Rotors, der dem axialen Lager zugeordnet ist, hat.

Ein Beispiel einer bekannten Lagerung von Rotoren mit Hilfe von elektromagnetisch wirkenden Lagern ist schematisch in Fig. 1 gezeigt. Ein Rotor 2 mit der Achse Z-Z¹ ist im Innern eines Gehäuses

1 ausschließlich mit Hilfe einer Zusammenstellung von elektromagnetischen Lagern, die durch Fühler überwacht werden, aufgehängt. Zwei elektromagnetische Radial-Lager 3 und 4, jeweils überwacht durch Radialfühler 5 und 6, liegen jeweilig in der Nähe von jedem der Enden des Rotors 2 in den Ebenen P. und,Pp während mindestens ein axialer Anschlag 7» der von einem axialen Fühler 8 überwacht wird, an einem Ende der Welle 2 liegt. Jedes der elektromagnetischen Radial-Lager 3» 4, das eine auf den Rotor 2 montierte, ringförmige Armatur und ein diese Armatur umschließendes festes Induktionsteil trägt und die von einem Radial-Füler gesteuert wird, verhindert jede radiale Verlagerung der Drehachse des Rotors 2. Da der Rotor 2 darüber hinaus radial in zwei voneinander entfernt liegenden Stellen zentriert wird, werden Bewegungserscheinungen, wie Wickeln oder Taumeln der Drehachse des Rotors 2, verhindert. Schließlich hält das Axial-Lager 7» das von dem Axialfühler 8 überwacht wird, den Rotor

2 gegen jede axiale Verlagerung fest. So bildet die Zusammenstellung der magnetisch wirkenden Lager 3» ^, 7 eine magnetische Aufhängung des Rotors 2 um fünf überwachte Achsen (Überwachung der Verlagerungsbewegungen des Rotors 2 in Bezug auf die Achse Z-Z¹ mittels des

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des axialen Axial-Lagers 7, Überwachung der Verlagerungsbewegungen des Rotors um die beiden rechtwinkelig zueinander liegenden radialen Achsen mit Hilfe jedes der radialen Lager 3 und 4 und Überwachung der Kippbewegungen um diese rechtwinkelig zueinander liegenden Achsen mit Hilfe der Einheit der beiden radialen Lager 3 und 4).

Wenn der Rotor 2 die Form einer Welle von geringer Länge und großem Durchmesser hat und insbesondere, wenn der Rotor 2 eine Scheibe darstellt, ist es wegen Platzmangels nicht möglich, zwei Radial-Lager in zwei verschiedenen radialen Ebenen P,. und P₂ anzubringen. Folglich kann nach dem bekannten Stand der Teochnik ein derartiger Typ von Rotor nur durch ein einziges Radial-i-Lager , das Verlagerungsbewegungen im radialen Sinn verhindert aber nicht gegen Kippbewegungen des Rotors in Bezug auf die beiden radialen Achsen einwirken kann, und durch ein oder zwei Radial-Lager an den Enden des Rotors, die in einfacher V/eise Verlagerungsbewegungen des Rotors im axialen Sinn verhindern, aufgehängt werden. Die bekannten Anordnungen des Rotors erlauben es also nicht, eine magnetische Aufhängung um fünf überwachte Achsen eines Rotors von geringer Länge in Scheibenform zu verwirklichen.

Die vorliegende Erfindung hat genau zum Ziel, die vorgenannten Nachteile auszuschalten und zu erlauben, einen Rotor von geringer Länge und großem Durchmesser magnetisch zu lagern, wobei gleichzeitig die Verlageruugen durch Verschiebung im axialen und im radialen Sinn und die -^ewegungen des Uackelns und Taumeins überwacht werden, ohne den Raumbedarf des Aufbaus zu vergrößern.

Diese Ziele werden durch ein elektromagnetisch wirkendes Achsial-Lager voa anfänglich erwähnten Typ erreicht, in welchem entsprechend der Erfindung das Induktionsteil des Axial-Lagers aus vier Sektoren zusammengesetzt ist, die Jeder einen ferromagnetischen Kern und eine Spule enthalten, und jeder der verschiedenen Sektoren des Induktionsteils des Axial-Lagers von mindestens einem eigenen Fühler für die axiale Lage des Rotors in Bezug auf den genannten Sektor überwacht wird.

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Die vier Hingsektoren des Induktionsteils des Ax ial-Lagers sind vornehmlich symmetrisch in einer radialen Ebeneain Bezug auf zwei rechtwinklge Achsen dieser Ebene.

Nach einem speziellen Ausführungsbeispiel dieser Erfindung sind die vier Ringsektoren des Induktionsteils des Axial-Lagers unter sich identisch (gleich). Die vier Ringsektoren können etwas voneinander entfernt sein und nicht die ganze entsprechende Ringfläche der Armatur des Axial^-Lagers bedecken.

Mitsprechend einer speziellen Eigenschaft dc-r Erfindung stellt jede Spule, die zu einem Ringsektor des Induktionsteils gehört, eine Schleife dar, die in den Sektor eingeschlossen ist, und bestimmt im radialen Sinn des Sektors zwei Pole des gleichen Typs außerhalb der Schleife auf dex'en beiden äußeren Seitea und einen Pol von entgegengesetztem Typ im Inneren dieser Schleife.

Die zugehörigen jeweiligen Fühler zu den Sektoren des Induktionsteils des Axia^-Lagers können zwischen die Sektoren dazwischen gesetzt sein oder in der Verlängerung der verschiedenen Sektoren im radialen Sinn angebracht sein.

Die Erfindung befaßt sich gleichfalls mit einem Axial-Lager, in welchem das feste Induktionsteil eine ersten und einen zweiten Teil hat, die beiderseits der Armatur des Lagers liegen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die ersten und zweiten Teile des Induktionsteils gleich sind und jedes aus vier unabhängigen Sektoren zusammengesetzt ist, wobei jeder einen ferromagnetischen Kern und eine Spule hat, und dadurch, daß die Sektoren der ersten und zweiten '^eile in Bezug auf die Armatur symmetrisch sind, und dadurch, daß zwei symmetrische Sektoren dieser ersten und zweiten Teile des Induktionsteils von einem Fühler für die . ajtiale Lage des Rotors in Bezug auf mindestens einen der symmetrischen Sektoren überwacht werden.

Die Erfindung beschäftigt sich gleichfalls mit einer vollständig magnetischen Lagerung eines Rotors von großem Durchmesser und geringer Länge von dem Typ, der mindestens ein elektromagne-

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tisch wirkendes Axial-Lager und ein elektromagnetisch wirkendes Radial-Lager hat, die jeweilig von mindestens einem achsialen und einen^adialen Fühler für die -Lage des Rotors überwacht werden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das elektromagnetisch wirkende Ax ial-Lager vom oben beschriebenen Typ ist und mit vier Axialfühlern füfc die Lage des Rotors verbunden ist, die jeweilig jeden der vier Sektoren oder Gruppen von Sektoren, die das Induktionsteil des Axial-Lagers bilden, überwachen, in der Art, daß sie zugleich die Verlagerungsbewegung des Rotors im axialen Sinn und die Kippbewegungen des Rotors um die zwei senkrechten, radialen Achsen überprüfen, und dadurch, daß das elektromagnetisch wirkende Radial-Lager mit einem Fühler für die radiale Lage des Rotors verbunden ist, um die Verlagerungsbewegungen des Rotors im radialen Sinn zu überprüfen.

Eine Magnetische Lagerung eines Rotos von großem Durchmesser und geringer Länge kann entsprechend der Erfindung an jedem Ende des Rotors aus einem elektromagnetisch wirkenden Lager von dem Typ, wie er weiter oben beschrieben wurde und der mit vier axialen Überwachungsfühlern ausgestattet ist, die die Lage des Rotors bezw. jeden der vier Sektoren, die das Induktionsteil der Axial-Lager bilden, um gleichzeitig die Verlagerung des Rotors in axialer Richtung und die Kippbewegungen des Rotors um zwei senkrecht zueinander stehende radiale Achsen zu überprüfen, und aus einem elektromagnetisch wirkenden Radial-Lager bestehen, das einen Fühler für die radiale Lage des Rotors enthält, um die Verlagerungsbewegungen im radialen Sinn zu.überprüfen.

Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung empfohlene Lagerung des Rotors setzen alles daran, ein elektromagnetisch wirkendes

Axial-Lager zu erhalten, aas aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist, und das so nicht nur erlaubt , den Rotor gegen alle - axialen Verlagerungen festzuhalten oder die axiale Verlagerung des Rotors zu überprüfen, sondern auch jede Wackelbewegung oder jedes ^aumeln dex* Drehachse des Rotors auszuschlie-

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ßen, durch die Tatsache, daß zwei sich diametral gegenüberliegende Sektoren des Induktionsteiles des Axial-Lagers so im einzelnen zusammenarbeiten und wirken, um jedes Kippen des Rotors um eine Achse, die diametral senkrecht zur Diametral-Achse der Symmetrie, die durch die beiden gegenüberliegenden Sektoren geht, zu überprüfen. So vollzieht sich die überprüfung dor Wackelbewegungen und des Tauinelns des Rotors durch Wirkung auf ebene Flächen des Endes oder Verbindungen mit Enden des Rotors und nicht auf die Randfläche des Rotors wie nach der früheren Art. Der Rotor kann daher von Länge so kurz wie möglich sein, weil es genügt, nur ein einziges ringförmiges, konzentrisches Radial-Lager am Rotor anzubringen, um den Rotor gegen Verlagerungsbewegungen im radialen Sinn festzuhalten, und der Raumbedarf in der Längsrichtung nicht vergrößert wird, da das Induktionsteil des Axial-Lagers selbst scheibenförmig ist und geteilt die Überprüfung der Kippbewegungen des Rotors sichert.

Andere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung werden besser verstanden beim Lesen der Beschreibung, die verschiedenen Ausführungsarten der Erfindung folgt, die einzig nur als Beispiel gegeben werden. Die Beschreibung nimmt Bezug auf die an liegenden Zeichnungen, auf denen ist :

Figur 1 eine schematische Ansicht eines halben . Axialschnittes einer bekannten Lagerung eines Rotors mittels magnetischer Lager,

Figur 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II - II der Figur 3 eines Ausführungsbeispiels eines Axial-Lagers mit den zugehörigen Fühlern entsprechend der Erfindung,

Figur 3 eine Ansicht im ax ialen Schnitt entlang der Linie III - III der Figur 2 eines Axial-Lagers nach der Erfindung, dessen Induktionsteil zwei Teile umfasst, die beiderseits der mit dem Rotor verbundenen Armatur liegen und symmetrisch in Bezug auf diese Armatur sind,

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Figur 4 ein Teilschnitt entlang der Linie IV - IV der Figur 2, der den Induktionsteil eines Fühlers zeigt,

Figur 5 die Ansicht eines schematischen . Axialschnittes entlang der Linie V-V der Figur 6 eines Aufbaubeispiels eines Rotors von geringer Länge mithilfe von zwei elektromagnetischen Lagern, die axial geteilt sind, und eines einzigen elektromagnetischen Achsial-Lagers,

Figur 6 eine Schnittansicht entlang der Linie VI - VI der Figur 5,

Figur 7 ein . elektronisches Schema, das eine Überwachungskette der AxLal-Lager der Figuren 5 und 6 zeigt.

Wenn man sich auf die Figuren 2 und 3 bezieht, sieht man auf einem festen Träger 1 eine Einheit 10, die einen ersten Teil des Induktionsteils eines Axial-Lagers gegenüber der Fläche 21a des Endes 21 eints Rotors 20 von verhältnismäßig großem Durchmesser und kleiner Länge darstellt, angebracht. Ein zweiter Teil des Induktionsteils 30 , der identisch zum Teil 10 ist, liegt gegenüber der Fläche 21b des Endes des Rotors 20. Jeder a^.r Teile der Indukt ions teile 1o und 30 haben eine Ringform und sind aus vier Abschnitten 11, 12, 13, 14 bezw· 31, 32, 33 , 34· zusammengesetzt, die die unabhängigen Sektoren bilden,von welchen jeder einen ferromagnetischen Kern 11a, 12a, 13a, 14a, 31a, 32a, 33a, 34a und eine Spule 11b, 12b, 13b, 14b, 31b, 32b, 33b, 34b hat. Jeder der vier Sektoren eines Teils eines Induktionsteils wird von mindestens einem der Fühler 15, 16, 17, 18 überwacht, die die . axiale Lage des Rotors 20 in Bezug auf die Flächen der Teile 10, 30 des Induktionsteils des Axial-Lagers 10, 21, 30 bestimmen.

Die vier Ringsektoren 11, 12, 13» 14 und 31, 32, 33, 34 eines Teils des Induktionsteils 10, 30 sind symmetrisch in einer radialen Ebene in Bezug auf zwei rechtwinklige Achsen X¹ X

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Und Y¹ Y dieser Ebene. In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 2 bis 4 sind die vier Ringsektoren eines Teils des Induktionsteils 10, 30 etwas voneinander entfernt und bedecken nicht die ganze Ringfläche, die zu dem Ring 21 des Axial-Lagers 10, 21, 30 gehört. Die Fühler 15 bis 18 sind in die offengelassenen Spalten zwischen den Ringsektoren 11 bis 14 ein-r gesetzt.Die Fühler 15 bis 18 können vom elektromagnetischen Typ sein wie man es aus Figur 4 für den Fühler 18 sehen kann, und haben ein festes Induktionsteil, das aus einem eingeschlossenen ferromagnetischen Kern 18a besteht. Eine Spule 1öb liegt gegenüber der Fläche 21a des Endes des Rotors 2o,

Die ferromagnetischen Kerne und die Spulen der Fühler 15 bis 17 haben jeweilig die gleichen Bezugszahlen 15a bis 17a und 15b bis 17b. Jeder Ringsektor 11, 12, 13, 14 des Induktionsteils de» Axial-Lagers wird von mindestens einem der Fühler 15 bis 18 ünerwacht. Jeder Sektor 11 bis 14 kann von einem der zwei benachbarten Fühler überwacht werden oder mittels eines Signals, das eine Kombination der Signale ist, die V^n den zwei beiderseits des befcracateten Ringsektors liegenden Fühlern ausgehen. Die Ringsektoreri 31 bis 34 des Induktionsteils 30 können mit Hilfe genau der gleichen Fühler überwacht werden, die den Fühlern 15 bis 18 gleich und symmetrisch zu diesen Letzteren in Bezug auf das Ende 21 des Rotors 20 sein würden, Die Sektoren 31 bis 34 können immer vorteilhaft mit_ hilfe der gleichen Fühler 14 bis 18 überwacht werden wie die Sektoren des ersten Teils des Induktionsteils. So arbeitet Jeder Sektor 31 bis 34 mit dem entsprechenden Sektor 11 b|s 14 zusammen, der über ihm liegt, auf der Grundlage der ausgesandten Signale von mindestens einem der nächsten Fühler, d.h. von den Fühlern 15 bis 18.

Jede Spule 11b bis 14b und 31b bis 34b bildet eine Schleife, die in dem entsprechenden Sektor 11 bis 14 und 31 bis 34 ein·» gelassen ist,und bildet im radialen Sinn des Sektors zwei Pole vom gleichen Typ, z.B. zwei Südpole, außerhalb der

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Schleife beiderseits dieser, und einen Pol von entgegengesetztem Typ, der d&nn ein Nordpol ist nach dem gewählten Beispiel,im Inneren der Schleife.

Es ist natürlich nicht unbedingt notwendig, daß das Induktionsteil des Axial-Lagers nach der Erfindung zwei Teile 10 und30 hat, die beiderseits des Ringes 21 liegen, der mit dem Rotor 20 verbunden ist. Ein alleiniges Teil des Induktionsteils, wie z.B. 10, das vier Sektoren 11 bis 14- hat und vier Fihlern 15 bis18 zugeordnet ist, könnte genügen; die Wirkung des zweiten Teils 30 verstärkt nuß die des Teiles 10. Es ist nicht unbedingt erfordex*lich, daß die Fühler zwischen die verschiedenen Sektoren des I-nduktionateils gesetzt werden. So kann jeder Fühler im radialen Sinn in die Verlängerung des Sektors eines Induktionsteils des Lagers gesetzt werden, sei es an den äußeren Rand des Sektors, sei es an den inneren Rand· Dies erscheint in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in den Figuren 5 und 6.

Die Figuren 5 und 6 zeigen eine vollständige magnetische Lagerung eines Rotors 120 entsprechend der Erfimdung» Der Rotor 120, wird an federn, seiner Enden von einem elektromagnetischen Axial-Lager 110 bezw. 150 gehalten,während ein elektromagnetisches Radial-Lager 123, überwacht durch einen Fühler 124 für die radiale Lage des Rotors, in einer radialen Ebene P liegt,,die eine Mitfcelebene für den Rotor 120 ist.

Das Radial-Lager 123 trägt in herkömmlicher Art eine Ringarmatur 123c , die auf dem 120 montiert ist,und ein festes Induktionsteil, das einen Polschuh 123a und Spulen 123b hat.

Jedes der Achsial-Lager der Enden 11ο und I30 ist gleich dem

Axial-Lager, das in Bezug die Figuren 2 und 3 beschrieben ist und einen Induktionsteil hat, der vier unabhängige Ringsektoren 111 bis 114 und 131 bis 134 enthält, die gleich^sind den oben beschriebenen Ringsektoren 11 bis 14 oder 31 bis Jeder Induktionsteil-Sektor 111 bis 114 und 131 bis 134 wird von einem Fühler 115 bis 118 und 135 bis 138 überwacht. Jeder Fühler liegt im radialen riinn in der Verlängerung des Induktionst eil-Sektors des Axial_Lagers, das er überwacht, und umfasst ein Induktionsteil, bestehend aus einem ferromagnetischen Kern mit dem Bezugszeichen a, in den eine Spule eingelegt ist mit

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dem Bezugszeichen b, die wie die Spulen des Imduktionsteils des Axial-Lagers eine Schleife in einer Ebene parallel zur Armatur darstellt, die aus dem Ende 121 oder 122 dee Rotors 120 gebildet wird . Jedes Induktionsteil des Lagers 111 bis 114 und 131 bis 134 , das einen Induktionsfühler 115 bis 118 bezw, 135 bis 138 zugeordnet hat, ist fest mit einem Gehäuee verbunden. Das Lager I30 ist symmetrisch zum Lager 110 in Bezug auf eine radiale Mittelebene, und die Induktionsteile des Lagers 131 bis 134 sind Jeweils symmetrisch zu den Induktionsteilen 111 bis 114 des Lagers , während die Induktionsteile der Fühler 135 bis 138 jeweils symmetrisch sind zu den Induktionsteilen der Fühler II5 bis 118 . Der Aufbau des Lager 123 und des Radialfühlers 124 ist nicht im Detail beschrieben, denn seine Bauteil· sind bekannt. So ist das Eisenstück dder der Polkern 123a von dem Typ, der ein äußeres I'ingteil und radiale Arme hat , die sich gegen das Innere erstrecken und die jeder von einer Spule umgeben sind wie die 123b, deren Wickelsinn entgegengesetzt ist von einer Spule zur anderen. Sie verteilen sich gleichmäßig auf die ganze innere Umrundung des Körpers 123a. Die Benutzung von Paketen von isolierten Blechen oder von lamelliertem Eisen für den Polkern 123a und die Armatur 123c begrenzt die Verluste durch Wirbelströme und die Erwärmung der elektromagnetischen Teile. Der Fühler 124 regelt die Erregung des Radial-Lagers 123 in der Art, daß in jede« Augenblick die radiale Lage des Rotors 120 in der Ebene P korrigiert wird. Die Bewegungen der Verlagerung des Rotors 120 im radialen Sinn nach der Richtung X· X und nach der Richtung Y¹ T werden ebenso auf der Höhe der Ebene P überprüft, während die Wackelbewegungen und/oder das Taumeln, die Drehungen-t-um Achsen parallel zu den Achsen X¹ X und Y¹Y entsprechen, sowie die Abweichungen der Verlagerung des Rotors 120 im . .^agialen Sinn nach der Achse Z· Z mit Hilfe der aufgeteilten Ax ial-Lager 110 und I30 verbunden mit ihren Fühlern geregelt werden.

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Die geteilten Axial-Lager 110 und 130 können aufgrund der Fühler 11$ bis 118 und 1^5 bis 138 überwacht werden und das Radial-Lager 123 durch den I¹UhIer 124 mit Hilfe von Überwachungsschaltungen, wie sie in dem frazösischen Patent No. 2. 149. beschrieben sind.

Im Fall des Aufbaus, der in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist, enthält Jedes Axial-Lager vier Elektromagnete 111 bis 114 für das Lager 110 und 131 bis 134 für das Lager 130. Die Überwachungen der Drehung um eine Richtung parallel zur Richtung X X! und um eine Richtung parallel zur Richtung Y Y¹ können insbesondere aufgrund einer Kombination von Signalen, di· von den verschiedenen Axialfühlern, die mit verschiedenen Bauteilen der Axial-Lager verbunden sind geliefert werden in der Art, die weiter unten mit Bezug auf Figur 7 beschrieben ist, verwirklicht werden.

Das Paar der Fühler 115 und 135» welche die axiale Lage des Rotors 120 in Bezug auf zwei übereinander liegende Sektoren 111 und 131 des Lagers regeln,und das Paar der Fühler 117 und 137» welche die axiale Lage des Rotors 120 in Bezug auf die zwei übereinander liegenden Sektoren 113 und 133 regeln, geben Signale, die jeweilig auf zwei Summierer von Signalen 140 und 141 geleitet werden. Die von den Fühlern 115 und 135 abgegebenen Signale werden auf den Summierer 141 gegeben. Die beiden Summierer der Signale 14o und 141 sind, der eine unter Zwischenschaltung eines Inverters für die Sigale 142 , der andere unmittelbar , mit einem Summierer von Signalen 143 verbunden, der wiederum mit einem Phasenschieber 144 verbunden ist, wobwei diese Schaltung 144 wieder mit einem Summierer von Signalen 146 verbunden ist, der über einen Steuerverstärker 148 die beiden Elektromagnete 111 und 131 erregt, während der gleiche Phasenschieber 144 unter Zwischenschaltung eines Signalinverters 145 mit einem Summierer von Signalen 147 verbunden ist, der auf einen Steuerverstärker 149 der beiden 113 und 133 einwirkt. Eine derartige Überwachungsschleife entspricht einer Überwachung während der Drehung um eine Richtung parallel zur Richtung YY¹.

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In gleicher Art sind die Fühler 116 und 136, die die . axiale Lage des Rotors 120 in BezUo auf zwei übereinander liegende Sektoren 112 und 132 des Legers regeln, mit einem Summierer von Signalen 150 verbunden, während die Fühler 118 und 138, die die axiale ^age des Rotors 120 in Bezug auf die übereinander lxegenden Lagersektoren 114 und 134 regeln, an einen Summierer für Signale 151 angeschlossen sind. Die beiden Summierer (Überlagerer) für Signale 150 und 151 sind, der eine unter Zwischenschaltung eines Inverters für Signale 152, der andere unmittelbar , an einen Überlagerer 153 angeschlossen, der seinerseits mit einem Phasenschieber 154 verbunden ist, wobei dieser Phasenschieber 154 an einen Überlagerer 156 angeschlossen ist, dervber einen Steuerverstärker 158 auf die beiden Elektromagnete 112 und 132 wirkt, während der gleiche Phasenschieber 154 unter Zwischenschaltung eines Inverter an einen Signalüberlagerer 157 angeschlossen ist, der über einen Steuerverstärker 159 auf die beiden Elektromagnete 114 und 134 wirkt. Eine derartige Überwachungsschleife entspricht einer Überwachung für eine Drehung um eine Richtung parallel zur Richtung XX¹.

Eine Überwachung der axialen Verlagerung parallel zur Z Z¹-Achse kann wie folgt verwirklicht werden. Die vier Paare von Fühlern der axialen Lage, jeweils die Paare 115» 135i 116, 136; 117, 137; 118, 138 bestimmen die Richtung der Verlagerung Z Z' und sind jeweils an Überlagerer von Signalen 140, 150, 141 und 151 angeschlossen. Jeder der Überlagerer ist mit einem Phasenschieber (Vergleicher) 161 mit schmaler Bandbreite angeschlossen.Diese letzte Schaltung 161 ist selber mit jedem der Überlagerer 146, 156, 147, 157 verbunden, die mit den jeweiligen Steuerverstäkern 148, 158, 149, 159 der Paare von Elektromagneten 111, 131; 112, 132; 113, 133 und 114, 134 verbunden sind. Die Überwachungen der radialen Verlagerungen parallel zu den Achsen X X¹ und Y Y¹ des Radial-Lagers 123 können in bekannter Art aufgrund der Signale, die von dem Radialfühler geliefert werden, verwirklicht werden.

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In dieser Art kann eine magnetische Aufhängung um fünf überwachte Achsao. (die drei Freiheitsgraden der Verlagerung nach den Achsen XX¹, YY' und Z Z¹ und zwei Freiheitsgraden der Drehung um die Achsen X X¹ und Y Y¹ entsprechen) nat'iiilfe eines einzigen Radial-Lagers, das mit zwei . Axi al-Lagern entsprechend der vorliegenden Erfindung verbunden ist, verwirklicht werden·

Es ist zu bemerken, daß man für jedes Axial-Lager 110, 130 nur zwei axiale Fühler verwenden könnte, obwohl es vorzuziehen wäre, wie vorher beschrieben vier axiale Fühler in jedem . Ax ial-Lager einzusetzen·

Es ist selbstverständlich, daß verschiedene Abänderungen und/ oder Zusätze von einem Fachmann zu den Vorrichtungen, die eben nur als Ausführungsbeispiele und nicht umfassend beschrieben wurden, beigetragen werden können, ohne jedoch dabei den Rahmen des Erfindungsschutzes zu verlassen.

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Claims

PATENTANWALTS BÜRO

SCHUMANNSTR. 07 · D-4OOO I)USOEU)OHK Telefon: (02 11S 68 33 46 Telex: 0858 6513 cop d

PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ Dipl.-Ing. R. KNAUF Dr.-Ing. Dipl.-Wir1sch.-lng. A. GERBER Dipl-ing H B. COHAUSZ

10. Januar 1978 Ansprüche;

1. Elektromagnetisch wirkendes Axial-Lager für flache Rotoren von großem Durehmesser und geringer Länge von dem Typ, der ein festes Induktionsteil von Ringform und eine Steuervorrichtung (Armatur) in Form einer mit dem Rotor fest verbundenen Scheibe, die dem Induktionsteil gegenüberliegt, und mindestens einen Fühler für die axiale Lage des Rotors besitzt, der dem Axial-Lager zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, da3 das Induktionsteil (10,30,110,130) des Axial-Lagers aus vier unabhängigen Sektoren (11-14, 31-3¹I, 111-11¹I, 131-13¹I) zusammengesetzt ist, weiche jeder einen ferromagnetisehen Kern (Ila-l4a,31a-34a, 110a-ll4a,131a-134a) und eine Spule (Ilb-l4b,31b-34b, 111b-Il4b,131b-134b) haben und dadurch, daß jeder dieser unabhängigen Sektoren (11-14,31-34,111-114,131-13¹I) des Induktionsteiles (10,30,110,130) des Axial-Lagers von mindestens einem eigenen Fühler (15-18,115-118,135-138) für die axiale Lage des Rotors (20,120) in Bezug auf diesen Sektor(11-14, 31-34, 111-114, 131-134) überwacht wird.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Ringsektoren(11-14, 31-34, 111-114, 131-134) des Induktionsteils (10,30,110,130) zueinander identisch sind.

3. Lager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Ringsektoren (11-14, 31-34, 111-114, 131-134) des Induktionsteils (10,30,110,130) wenig voneinander entfernt sind.

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4. Lager nach einem der Ansprüche 1 bia 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Ringsektoren (11-14, 31-34, 111-114, 131-134) des Induktionsteils (10,130,110,130) symmetrisch in einer radialen Ebene liegen in Bezug auf zwei senkrecht zueinander stehenden Achsen (X-X¹, Y-Y¹).

5· Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (Ilb-l4b, 31b-34b, Ilb-ll4b, 131b-134b), die einem Ringsektor ( 11-14, 31-34, 111-114, 131-134} des Induktionsteils (10,30,110,130) zugeordnet ist, eine Schleife darstellt, die in diesen Sektor eingelassen ist, und im radialen Sinn des Sektors zwei Pole vom gleichen Typ, die außerhalb der Schleife beiderseits dieser liegen, und einen Pol vom entgegengesetzten Typ im Innern der Schleife bildet.

6. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5₃ dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (15-18), die den verschiedenen Sektoren (11-14) des Induktionsteils (10) des Axial-Lagers zugeordnet sind, zwischen die Sektoren (11-14) gesetzt sind,

7. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühler (115-118, 135-138), die den verschiedenen Sektoren (111-114, 131-134) des Induktionsteils (110,130) des Axial-Lagers zugeordnet sind, in der Verlängerung der verschiedenen Sektoren (111-114, 131-134) im radialen Sinn angebracht sind.

8. Axial-Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in dem das feste Induktionsteil einen ersten und zweiten Teil hat, die beiderseits der Armatur des Lagers liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (110) und zweite Teil (130) des Induktionsteils jeweils aus vier unabhängigen Sektoren (111-114, 131-134) zusammengesetzt ist, und daß jeder Sektor (111-114, 131-134) einen ferromagnetischen Kern und eine Spule haben, und daß die Sektoren (111-114, 131-134) des ersten (110) und zweiten Teils (130) in Bezug auf die Armatur (120) symmetrisch sind, wobei zwei symmetrische Sektoren

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(111/131, 112/132, 113/133, 114/134) der ersten (110) und zweiten Teile (130) des Induktionsseils von einem Fühler (115/135, 116/136, 117/137, 113/138) für die axiale Lage des Rotors.(120) in Bezug auf mindestens einen der symmetrischen Sektoren (111-114, 131-134) überwacht werden.

9. Magnetische Lagerung eines Rotors von großem Durchmesser und geringer Länge von dem Typ, bestehend aus mindestens einem elektromagnetisch wirkenden Axial-Lager nacii einem der Ansprüche 1 bis 8, und einem elektromagnetisch wirkenden Radial-Lager, die jeweils von mindestens einem axialen Fühler und einem radialen Fühler für die Lage des Rotors überwacht werden, dadurch gekennzeichnez, daß die vier axialen Fühler (115-118, 135-138) für die Lage des Rotors (121,122) jeweils jeden der vier Sektoren oder Gruppen von Sektoren (111-114, 131-134), die das Induktionsteil (110,130) des Axial-Lagers bilden, in der Art überwachen, daß sie gleichzeitig die Verlagerungsbewegung des Rotors (121,122) im axialen Sinne und die Kippbewegung des Rotors (121,122) um zwei senkrechte Achsen (X-X¹, Y-Y') regeln und dadurch, daß das elektromagnetisch wirkende Radial-Lager (123) an einen Fühler (124) für die radiale Lage des Rotors (121,122) so angeschlossen ist, daß die Bewegungen der Verlagerungen im radialen Sinne geregelt werden.

10. Magnetische Lagerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie an jedem Ende des Rotors (121,122) ein elektromagnetisch wirkendes Lager (110,113) von dem in den Ansprüchen 1 bis 8 definierten Typ hat und mit vier axialen Fühlern (II5-II8, 135-138) für die Lage des Rotors (121,122) verbunden ist, welche jeweils jeden der vier Sektoren oder Gruppen von Sektoren (111-114, 131-134) überwachen, die das Induktionsteil (110,130) des Axial-Lagers bilden, um gleichzeitig die Verlagerungsbewegung des Rotors (121,122) im axialen Sinn und die Kippbewegungen des Rotors (121,122) um zwei radiale, senkrecht zueinander stehende Achsen (X-X¹, Y-Y') zu regeln.

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