磁轴承、轴和轴承装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于支承尤其是用于气流纺纺纱设备的纺纱转子的轴的磁轴承，所述磁轴承为了以两个自由度主动地径向磁支承轴而具有定子的多个径向地布置的极芯(Polschenkel)，所述极芯分别被线圈包围，其中所述极芯被布置为使得其露出用于轴的开口，以及本发明涉及一种用于用至少一个相应磁轴承进行支承的轴、以及一种尤其是用于气流纺纺纱设备中的纺纱转子的可转动轴体的具有这样的磁轴承的轴承装置。
【背景技术】
[0002]从文献DE 10 2006 053 734 Al中公知了一种气流纺纺纱装置的转子驱动装置。该转子驱动装置驱动轴和布置在该轴处的纺纱转子。该轴是转子驱动装置的转子的一部分，并且在转子驱动装置的两侧被磁支承。该支承借助于各两个永磁环以及所定义的可通电磁轴承线圈来进行。利用这些元件以及电感传感器来调节在运行中自由悬浮的纺纱转子的轴向位置。通过这种方式，尽管能够成功地相对精确地确定和遵循轴以及由此纺纱转子的轴向位置。但是在此轴和纺纱转子的径向位置以相对大的公差移动。但是为了能够纺出均匀和无断线的纱线，纺纱转子的径向位置是格外重要的。
[0003]从WO 93/05310 Al中公知了一种径向磁轴承装置。在定子的被线圈包围的极芯之间布置有轴。该轴通过线圈之间的磁场而被径向地居中和保持。该支承和居中可以借助于主动调节系统来进行。
【发明内容】
[0004]本发明的任务是借助于磁轴承来支承轴，其中该轴在轴向以及径向上都被保持在所定义的位置，并且尤其是可以用于具有非常高的速度、比如每分钟200000转的气流纺纺纱设备的纺纱转子。在此，该支承装置必须能够满足对纺纱装置的精确位置的要求，以便能够纺出均匀和无断线的纱线。此外，该支承装置必须还能够在纺纱厂的多尘条件下可靠地工作。
[0005]该任务利用具有独立权利要求的特征的磁轴承、轴、以及轴承装置来解决。
[0006]根据本发明的磁轴承用于支承尤其是用于气流纺纺纱设备的纺纱转子的轴。该磁轴承为了以两个自由度主动地径向磁支承轴而具有定子的多个径向地布置的极芯，所述极芯分别被线圈包围。极芯被彼此布置为使得其露出用于轴的开口。在开口的区域中以及在线圈的背向开口的侧，极芯彼此连接。
[0007]为了被动地轴向支承轴，在线圈与开口之间布置至少一个永磁体，该永磁体与极芯处于作用连接。通过根据本发明的磁轴承装置，导致对轴的主动径向磁支承和被动轴向磁支承。由此，尤其是轴的径向位置可以被非常精确地调整和调节。轴的轴向支承被动地进行。为此设置的至少一个永磁体将极芯以及轴用于轴的轴向定位。由永磁体产生的磁通量通过在此产生的力作用将轴基本精确地固定在其轴向位置。为了生成径向上的力，给两个相对的线圈通电。由此，磁通量与相应极芯与轴之间的气隙交叉，并且因此使磁轭闭合，该磁轭将极芯在线圈的背向开口的侧彼此连接。由此，在一侧，线圈的磁通量与永磁体的磁通量相加，而在另一侧，线圈的磁通量被从永磁体的通量中减去。在此，永磁体的通量不与线圈的电磁通量交叉。该支承装置由此可以非常有效地并且例如以小的电流热损耗工作。
[0008]在本发明的一个有利的实施方式中，设置有四个极芯，所述极芯彼此连接成定子交叉结构。在此，各2个相对的极芯与其线圈协作，使得其生成如下的磁通量:该磁通量沿着相对的极芯和极芯的外部连接延伸。
[0009]极芯的外部连接有利地是定子环，该定子环在线圈的背向开口的侧将极芯彼此连接。在此，定子环实现了相应的通量，该通量让两个相对的极芯及其线圈协作。各两个相对的极芯与其线圈一起以一个自由度将轴保持为被支承的。通过交叉状地布置四个极芯，轴以两个自由度被径向地保持。
[0010]特别有利的是，极芯在用于轴的开口的区域中利用细的、例如0.5至Imm宽的饱和桥形接片彼此连接。将相邻极芯彼此连接的这些饱和条形接片导致:定子中的涡电流损耗被最小化，因为定子与轴之间的气隙中的通量密度分布是非常均匀的。饱和桥形接片直接布置在极芯与位于开口中的轴之间的缝隙处。通过与第一饱和桥形接片间隔开布置的第二饱和桥形接片，将高机械稳定性引入到磁轴承中，因为由此极芯被稳定地接合。饱和桥形接片有利地具有如下的宽度:该宽度小得以至于其几乎完全通过永磁体的磁通量被饱和化。通过饱和桥形接片，在定子交叉结构与位于其之间的轴之间、而不是围绕轴产生主通量。极芯之间的所冲压出的长孔生成各两个细的饱和桥形接片。
[0011]被设置为径向主动地和轴向被动地支承轴的永磁体优选地是包围开口的环。在此，也可以设置多个环，例如还规定:永磁体环从轴的轴向上看被布置在定子的一侧并且另一永磁体环被布置在定子的另一侧。可替代地也可以规定:多个永磁体环形地围绕开口布置。通过永磁体环，生成了可以在轴向上将轴定位的磁通量。
[0012]如果永磁体与开口的中心相距的径向距离大于开口的半径，则在永磁体与轴之间产生比定子与轴之间的缝隙更大的缝隙。该构造方式支持轴向磁化以用于更好地引导永磁体的通量方向。
[0013]如果在背向极芯的侧给永磁体分配用于引导磁通量的导环，则可能的是，从永磁体出发沿着导环引导磁通量。通过导环，磁通量可以通过气隙被引导到轴中，并且通过另一气隙和定子被引导回永磁体。
[0014]如果导环的内直径基本上等于轴的极芯的开口的直径，则一方面可以有针对性地引导磁通量。另一方面还可能的是，可以将轴从两侧引入到轴承中并且再次从轴承中引出，以便能够相应地安装两个部件。
[0015]如果在轴的轴向上在极芯与导环之间设置一定距离，则这也可以用于引导永磁体的磁通量。
[0016]如果极芯与导环之间的距离被基本上填充尤其是由塑料制成的填充环，则这尤其是用于稳定机械构造以及将极芯、永磁体和导环彼此固定。
[0017]如果给线圈分配传感器和调节设备以便主动地调节轴的两个径向自由度，则以高精确度遵循轴关于其两个轴向自由度的位置。轴与其所设置的居中位置已经小的偏差导致传感器识别该偏差并且通过调节设备给线圈相应更多或更少地通电，以便提供对轴的位置的补偿。
[0018]铁磁部件、尤其是环优选地与极芯、永磁体和导环处于作用连接，该环与轴固定连接。由此，磁通量通过永磁体、导环、铁磁部件和极芯被闭合。轴的轴向固定因此可以稳定地实现。在轴的轴向偏差的情况下，产生提高的力，该力导致:轴利用其铁磁部件被再次带回到与轴的所期望的轴向位置相对应的平衡位置。
[0019]如果极芯的厚度或壁厚小于导环的朝向铁磁部件的宽度，则实现了有别有利的磁通量，该磁通量保证轴在其轴向位置的稳定定位，因为通过较宽的导环，导环下的通量密度比在定子的气隙中更小。
[0020]如果铁磁部件具有朝向永磁体的沟槽，则这也用于遵循轴的稳定轴向定位，因为磁通量由此特别强地作用于轴的定位。极芯和导环由此将轴更强地固定在其规定的轴向位置。
[0021 ] 该沟槽有利地布置在铁磁部件中、极芯与导环之间。在此，导环以及极芯在两个轴向上对轴起稳定作用。
[0022]在磁轴承的一个特别有利的实施方式中，磁轴承装置的静止组件布置在载体处并且形成紧凑的组件。该组件因此可以简单地安装并且在需要时被快速更换。
[0023]如果磁轴承配备有护板以用于保护免受污染并且作为用于固定磁轴承装置的各个部件的辅助载体，则这有利于磁轴承即使在对于纺纱机中的应用可预期的特别多尘环境下也基本上无障碍地运行。护板可以被构造成盖板并且辅助载体可以被构造成引导杆。
[0024]如果组件具有用于容纳传感器和或用于调节轴的轴向磁支承的电子器件的电路板，则可以有利地实现组件的非常紧凑的构造方式。
[0025]如果电路板有利地具有用来将该电路板与用于控制和供电的上级电路板相连接的插拔连接装置，则由此也可以实现磁轴承的紧凑的构造方式。各个电路板之间的电缆连接因此可以被避免。
[0026]如果在线圈与电路板之间布置屏蔽板，则保证:没有由于线圈造成的电磁干扰作用于电路板的电子器件。
[0027]根据本发明的轴被设置为利用具有前述特征中的一个或多个的至少一个磁轴承来支承。在此，该轴是至少部分地由非铁磁材料制成的复合部件。非铁磁材料例如可以是金属、例如高品质钢或铝、或者非金属、例如GFK或CFK或者其它复合材料。在径向或必要时轴向支承的区域中，由铁磁材料制成的部件被布置在轴处。该铁磁材料用于将用于轴向和径向地支承轴的磁通量引导通过磁轴承。这保证有针对性的磁通量，该磁通量可以将轴保持在其径向和轴向位置处。通过对轴上的铁磁和非铁磁材料进行定界，尤其是可以以特别有利的方式导致对轴的轴向支承。铁磁材料与非铁磁材料之间的界限保证相对于永磁体以及必要时导环以及极芯的相应定位。该轴可以利用其铁磁材料被非常精确地保持在磁轴承的该部件的区域中。
[0028]如果由铁磁材料制成的该部件具有环绕的沟槽，则这用于相对于磁轴承刚性地轴向固定轴，因为磁通量可以有针对性地作用于该部件以及由此作用于轴。