磁軸承、軸和軸承裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于支承尤其是用于氣流紡紡紗設備的紡紗轉子的軸的磁軸承，所述磁軸承為了以兩個自由度主動地徑向磁支承軸而具有定子的多個徑向地布置的極芯(Polschenkel)，所述極芯分別被線圈包圍，其中所述極芯被布置為使得其露出用于軸的開口，以及本發明涉及一種用于用至少一個相應磁軸承進行支承的軸、以及一種尤其是用于氣流紡紡紗設備中的紡紗轉子的可轉動軸體的具有這樣的磁軸承的軸承裝置。
【背景技術】
[0002]從文獻DE 10 2006 053 734 Al中公知了一種氣流紡紡紗裝置的轉子驅動裝置。該轉子驅動裝置驅動軸和布置在該軸處的紡紗轉子。該軸是轉子驅動裝置的轉子的一部分，并且在轉子驅動裝置的兩側被磁支承。該支承借助于各兩個永磁環以及所定義的可通電磁軸承線圈來進行。利用這些元件以及電感傳感器來調節在運行中自由懸浮的紡紗轉子的軸向位置。通過這種方式，盡管能夠成功地相對精確地確定和遵循軸以及由此紡紗轉子的軸向位置。但是在此軸和紡紗轉子的徑向位置以相對大的公差移動。但是為了能夠紡出均勻和無斷線的紗線，紡紗轉子的徑向位置是格外重要的。
[0003]從WO 93/05310 Al中公知了一種徑向磁軸承裝置。在定子的被線圈包圍的極芯之間布置有軸。該軸通過線圈之間的磁場而被徑向地居中和保持。該支承和居中可以借助于主動調節系統來進行。
【發明內容】
[0004]本發明的任務是借助于磁軸承來支承軸，其中該軸在軸向以及徑向上都被保持在所定義的位置，并且尤其是可以用于具有非常高的速度、比如每分鐘200000轉的氣流紡紡紗設備的紡紗轉子。在此，該支承裝置必須能夠滿足對紡紗裝置的精確位置的要求，以便能夠紡出均勻和無斷線的紗線。此外，該支承裝置必須還能夠在紡紗廠的多塵條件下可靠地工作。
[0005]該任務利用具有獨立權利要求的特征的磁軸承、軸、以及軸承裝置來解決。
[0006]根據本發明的磁軸承用于支承尤其是用于氣流紡紡紗設備的紡紗轉子的軸。該磁軸承為了以兩個自由度主動地徑向磁支承軸而具有定子的多個徑向地布置的極芯，所述極芯分別被線圈包圍。極芯被彼此布置為使得其露出用于軸的開口。在開口的區域中以及在線圈的背向開口的側，極芯彼此連接。
[0007]為了被動地軸向支承軸，在線圈與開口之間布置至少一個永磁體，該永磁體與極芯處于作用連接。通過根據本發明的磁軸承裝置，導致對軸的主動徑向磁支承和被動軸向磁支承。由此，尤其是軸的徑向位置可以被非常精確地調整和調節。軸的軸向支承被動地進行。為此設置的至少一個永磁體將極芯以及軸用于軸的軸向定位。由永磁體產生的磁通量通過在此產生的力作用將軸基本精確地固定在其軸向位置。為了生成徑向上的力，給兩個相對的線圈通電。由此，磁通量與相應極芯與軸之間的氣隙交叉，并且因此使磁軛閉合，該磁軛將極芯在線圈的背向開口的側彼此連接。由此，在一側，線圈的磁通量與永磁體的磁通量相加，而在另一側，線圈的磁通量被從永磁體的通量中減去。在此，永磁體的通量不與線圈的電磁通量交叉。該支承裝置由此可以非常有效地并且例如以小的電流熱損耗工作。
[0008]在本發明的一個有利的實施方式中，設置有四個極芯，所述極芯彼此連接成定子交叉結構。在此，各2個相對的極芯與其線圈協作，使得其生成如下的磁通量:該磁通量沿著相對的極芯和極芯的外部連接延伸。
[0009]極芯的外部連接有利地是定子環，該定子環在線圈的背向開口的側將極芯彼此連接。在此，定子環實現了相應的通量，該通量讓兩個相對的極芯及其線圈協作。各兩個相對的極芯與其線圈一起以一個自由度將軸保持為被支承的。通過交叉狀地布置四個極芯，軸以兩個自由度被徑向地保持。
[0010]特別有利的是，極芯在用于軸的開口的區域中利用細的、例如0.5至Imm寬的飽和橋形接片彼此連接。將相鄰極芯彼此連接的這些飽和條形接片導致:定子中的渦電流損耗被最小化，因為定子與軸之間的氣隙中的通量密度分布是非常均勻的。飽和橋形接片直接布置在極芯與位于開口中的軸之間的縫隙處。通過與第一飽和橋形接片間隔開布置的第二飽和橋形接片，將高機械穩定性引入到磁軸承中，因為由此極芯被穩定地接合。飽和橋形接片有利地具有如下的寬度:該寬度小得以至于其幾乎完全通過永磁體的磁通量被飽和化。通過飽和橋形接片，在定子交叉結構與位于其之間的軸之間、而不是圍繞軸產生主通量。極芯之間的所沖壓出的長孔生成各兩個細的飽和橋形接片。
[0011]被設置為徑向主動地和軸向被動地支承軸的永磁體優選地是包圍開口的環。在此，也可以設置多個環，例如還規定:永磁體環從軸的軸向上看被布置在定子的一側并且另一永磁體環被布置在定子的另一側。可替代地也可以規定:多個永磁體環形地圍繞開口布置。通過永磁體環，生成了可以在軸向上將軸定位的磁通量。
[0012]如果永磁體與開口的中心相距的徑向距離大于開口的半徑，則在永磁體與軸之間產生比定子與軸之間的縫隙更大的縫隙。該構造方式支持軸向磁化以用于更好地引導永磁體的通量方向。
[0013]如果在背向極芯的側給永磁體分配用于引導磁通量的導環，則可能的是，從永磁體出發沿著導環引導磁通量。通過導環，磁通量可以通過氣隙被引導到軸中，并且通過另一氣隙和定子被引導回永磁體。
[0014]如果導環的內直徑基本上等于軸的極芯的開口的直徑，則一方面可以有針對性地引導磁通量。另一方面還可能的是，可以將軸從兩側引入到軸承中并且再次從軸承中引出，以便能夠相應地安裝兩個部件。
[0015]如果在軸的軸向上在極芯與導環之間設置一定距離，則這也可以用于引導永磁體的磁通量。
[0016]如果極芯與導環之間的距離被基本上填充尤其是由塑料制成的填充環，則這尤其是用于穩定機械構造以及將極芯、永磁體和導環彼此固定。
[0017]如果給線圈分配傳感器和調節設備以便主動地調節軸的兩個徑向自由度，則以高精確度遵循軸關于其兩個軸向自由度的位置。軸與其所設置的居中位置已經小的偏差導致傳感器識別該偏差并且通過調節設備給線圈相應更多或更少地通電，以便提供對軸的位置的補償。
[0018]鐵磁部件、尤其是環優選地與極芯、永磁體和導環處于作用連接，該環與軸固定連接。由此，磁通量通過永磁體、導環、鐵磁部件和極芯被閉合。軸的軸向固定因此可以穩定地實現。在軸的軸向偏差的情況下，產生提高的力，該力導致:軸利用其鐵磁部件被再次帶回到與軸的所期望的軸向位置相對應的平衡位置。
[0019]如果極芯的厚度或壁厚小于導環的朝向鐵磁部件的寬度，則實現了有別有利的磁通量，該磁通量保證軸在其軸向位置的穩定定位，因為通過較寬的導環，導環下的通量密度比在定子的氣隙中更小。
[0020]如果鐵磁部件具有朝向永磁體的溝槽，則這也用于遵循軸的穩定軸向定位，因為磁通量由此特別強地作用于軸的定位。極芯和導環由此將軸更強地固定在其規定的軸向位置。
[0021 ] 該溝槽有利地布置在鐵磁部件中、極芯與導環之間。在此，導環以及極芯在兩個軸向上對軸起穩定作用。
[0022]在磁軸承的一個特別有利的實施方式中，磁軸承裝置的靜止組件布置在載體處并且形成緊湊的組件。該組件因此可以簡單地安裝并且在需要時被快速更換。
[0023]如果磁軸承配備有護板以用于保護免受污染并且作為用于固定磁軸承裝置的各個部件的輔助載體，則這有利于磁軸承即使在對于紡紗機中的應用可預期的特別多塵環境下也基本上無障礙地運行。護板可以被構造成蓋板并且輔助載體可以被構造成引導桿。
[0024]如果組件具有用于容納傳感器和或用于調節軸的軸向磁支承的電子器件的電路板，則可以有利地實現組件的非常緊湊的構造方式。
[0025]如果電路板有利地具有用來將該電路板與用于控制和供電的上級電路板相連接的插拔連接裝置，則由此也可以實現磁軸承的緊湊的構造方式。各個電路板之間的電纜連接因此可以被避免。
[0026]如果在線圈與電路板之間布置屏蔽板，則保證:沒有由于線圈造成的電磁干擾作用于電路板的電子器件。
[0027]根據本發明的軸被設置為利用具有前述特征中的一個或多個的至少一個磁軸承來支承。在此，該軸是至少部分地由非鐵磁材料制成的復合部件。非鐵磁材料例如可以是金屬、例如高品質鋼或鋁、或者非金屬、例如GFK或CFK或者其它復合材料。在徑向或必要時軸向支承的區域中，由鐵磁材料制成的部件被布置在軸處。該鐵磁材料用于將用于軸向和徑向地支承軸的磁通量引導通過磁軸承。這保證有針對性的磁通量，該磁通量可以將軸保持在其徑向和軸向位置處。通過對軸上的鐵磁和非鐵磁材料進行定界，尤其是可以以特別有利的方式導致對軸的軸向支承。鐵磁材料與非鐵磁材料之間的界限保證相對于永磁體以及必要時導環以及極芯的相應定位。該軸可以利用其鐵磁材料被非常精確地保持在磁軸承的該部件的區域中。
[0028]如果由鐵磁材料制成的該部件具有環繞的溝槽，則這用于相對于磁軸承剛性地軸向固定軸，因為磁通量可以有針對性地作用于該部件以及由此作用于軸。