[发明专利]包括一可以磁方式相对于定子绕轴线旋转的轴与一阻尼装置的轴承设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种轴承设备，所述轴承设备包括一可以磁方式相对于一定子绕一轴线旋转的轴。这种轴承设备公开自(例如)DE 102005028209A1。

背景技术

磁轴承设备用于对可动部件进行非接触式无磨损支承。磁轴承设备无需使用润滑剂，可采用低摩擦式结构设计。此类磁轴承设备例如应用于涡轮分子泵、超速离心机、机床的高速主轴和包括旋转阳极的X射线管。此外，磁轴承还应用于涡轮机和压缩机，特别是还应用于电动机和发电机。

磁轴承设备可为一旋转轴提供相对于一定子的径向支承和/或轴向支承。用于对轴进行磁支承所需的磁场发生构件可由电磁体的绕组或永磁体提供。这些磁场发生构件既可以是一磁轴承设备的旋转部分的部件，也可以是这种设备的定子部件。

主动磁轴承设备在现有技术中是众所周知的。在主动轴承设备中，用于为轴提供轴向和/或径向磁支承所需的磁力由一调节装置控制。这种主动磁轴承例如公开自DE 3844563A1。此外，现有技术中还存在其他类型的已知磁轴承设备，这种磁轴承设备在一相对于磁支承轴的旋转轴的径向上固有稳定。此类被动磁轴承可由多个沿该旋转轴的方向前后依次布置在一轴上的转子盘元件构成，这些转子盘元件在彼此间形成一间隙的情况下彼此间隔一定距离布置。在这种轴承中，这些转子盘元件之间的间隙内可嵌入与该轴相连的定子盘元件。这些转子盘元件和定子盘元件可在其彼此相向的面上配备一齿状结构，以便使该轴承具有径向固有稳定性。这种轴承例如公开自DE 102005028209A1。

现有技术中已知的其他被动磁轴承是超导磁轴承。在一超导磁轴承中，两个轴承部件中的其中一个由永磁元件构成，另一轴承部件则包括一超导体。这些永磁元件在发生位置变化的情况下在该超导体所在的位置上引起磁场变化。这种变化的磁场在超导体中感生屏蔽电流。该屏蔽电流所产生的合力既可为引力，也可为斥力。但这些合力的定向总是可以避免偏离标定位置。通过这种方式可取得固有稳定的支承效果，这样就无需使用复杂而易受干扰的调节装置。这种超导磁轴承例如公开自DE 10124193A1。

无论是传统磁轴承还是超导磁轴承，均因结构关系相对于定子而言对轴承轴具有轻微的阻尼作用。特别是采用临界电流密度较高的超导材料的高品质超导磁轴承，其所具有的阻尼作用极其轻微，几乎可忽略不计。

磁轴承设备可用于支承电动机轴或发电机轴，或用于支承其他类型的高速电机。这种轴承与应用领域相关的高转速往往处于一个所谓的“超临界”范围内。超临界范围在此指的是一轴承高于该轴承的谐振频率的转速范围。在轴承轴静止的情况下，随着这种磁轴承的转速的升高，必然会通过该轴承的一或多个谐振频率。轴承轴通常会在谐振频率范围内发生振动，现有技术所采取的措施是借助机械式安全轴承来抑制这种振动。

发明内容

本发明的目的是提供一种轴承设备，这种轴承设备相对于现有技术中的已知解决方案而言在磁支承轴的阻尼方面有所改善。

这个目的通过并列权利要求1和7所述的特征而达成。

其中，本发明的出发点是利用由一可变磁场在一导电材料内引起的涡流损耗来对一磁轴承的轴施加阻尼作用。

本发明的另一出发点是产生一磁场，该磁场相对于一磁轴承的轴的旋转轴旋转对称，且在一相对于该轴的旋转轴的径向上分布不均匀。此外还需设置一受该磁场作用的导电性能良好的组件。这个组件和上述磁场还应进行相对旋转。当该组件绕一固定的旋转轴旋转时，该组件中不产生涡电流。但当该组件偏离这一规定旋转轴时，由于对该组件产生作用的磁场在径向上分布不均匀，该组件中会产生涡电流。这部分涡电流会使所述组件受到抑制性的力作用，这种力作用指向一个垂直于所述组件的旋转轴的方向。

在此情况下，如果将一受如上文所述的不均匀磁场作用的导电性能良好的组件选择性地与一磁轴承的旋转部件或静止部件相连，再将一相应可产生不均匀磁场的其他组件选择性地与一磁轴承的旋转部件或静止部件相连，就可产生一非接触式阻尼装置。