Einseitige magnetische Anziehungskraft: Erläuterung der Auswirkungen auf Motorlager

Die Auswirkungen einseitiger magnetischer Anziehungskräfte auf Motorlager

Einseitige magnetische Anziehungskraft ist ein gängiges Konzept bei Motoren, das sich speziell auf die magnetische Anziehungskraft bezieht, die durch einen unausgeglichenen Motorluftspalt aufgrund einer Fehlausrichtung der Stator- und Rotormitte des Motors erzeugt wird.

Selbst bei typischen Horizontalmotoren kann es zu einseitiger magnetischer Anziehung kommen, auch ohne Berücksichtigung von Prozessabweichungen.

Der häufigste Grund ist die Durchbiegung durch das Eigengewicht der Motorwelle, die zu einer Abweichung des Luftspalts oberhalb und unterhalb der Mitte von Stator und Rotor führt, wie in der Abbildung unten dargestellt:

An diesem Punkt vergrößert sich der obere Luftspalt des Motors um einen 𝛅1, während sich der untere Luftspalt um den gleichen Betrag verringert. Wenn der Motor in Betrieb ist, sind der obere und der untere Luftspalt nicht gleich, daher sind die magnetischen Flussdichten unterschiedlich, was zu ungleichen magnetischen Anziehungskräften führt, die nach oben und nach unten auf den Rotor wirken. Dieser Unterschied in der magnetischen Anziehungskraft ist die sogenannte einseitige magnetische Anziehungskraft.

Tatsächlich erfährt der Motorrotor selbst eine magnetische Anziehungskraft um den gesamten Luftspalt herum. Wenn der Luftspalt jedoch gleichmäßig ist, sind die Größen dieser Kräfte in Umfangsrichtung gleich groß, haben aber entgegengesetzte Richtungen und heben sich somit gegenseitig auf.

Bei horizontalen Motoren müssen die Lager an beiden Enden nicht nur das Gewicht des Motorrotors tragen (vorausgesetzt, es gibt keine anderen zusätzlichen axialen und radialen Belastungen), sondern auch eine zusätzliche radiale Belastung - die einseitige magnetische Zugkraft.

Daher sollten Ingenieure bei der Berechnung der Lebensdauer von Lagern die einseitige magnetische Anziehungskraft berücksichtigen und sie in die Radiallast der Motorlager einbeziehen, um eine genaue Auswahl zu treffen.

Muss der Einfluss der einseitigen magnetischen Zugkraft bei allen horizontalen Motoren berücksichtigt werden?

Aus der obigen Analyse ist ersichtlich, dass auch ohne Berücksichtigung der Prozessabweichung die einseitige magnetische Anziehungskraft bei horizontalen Motoren auftreten kann.

Heißt das also, dass wir eine Schlussfolgerung ziehen können: Bei der Überprüfung der Lebensdauer der Lager aller horizontalen Motoren sollte der Einfluss der einseitigen magnetischen Zugkraft berücksichtigt werden?

Aus einer Designperspektive:

Die Ursache für den einseitigen magnetischen Zug ist eng mit der Biegung der Motorwelle verbunden, die zu ungleichmäßigen Luftspalten und damit zu dem Zug führt. Ingenieure müssen sich darüber im Klaren sein, dass dieser Effekt bei Motoren, die zur Biegung neigen, nicht übersehen werden darf, insbesondere dann nicht, wenn der Rotor ein hohes Gewicht oder eine schlanke Struktur aufweist.

Andererseits kann bei kompakten oder leichten Motoren, bei denen die Wellenbiegung minimal ist, die einseitige magnetische Kraft aufgrund der Biegung praktisch vernachlässigt werden. Daher muss bei der Überprüfung der Lebensdauer der Lager für diese Motortypen der einseitige magnetische Zug nicht berücksichtigt werden.

Aus dem Blickwinkel der Prozess- und Fertigungsabweichung:

Trotz Fertigungsabweichungen und Prozessungenauigkeiten können Motoren immer noch eine einseitige magnetische Anziehungskraft erzeugen. Das Ausmaß und der Ort solcher Diskrepanzen sind wichtige Kontrollbereiche für Ingenieure.

Wenn es also Toleranzkontrollen für ungleiche Luftspalte gibt und der maximale Toleranzwert zu einer einseitigen magnetischen Anziehungskraft führt, die so groß ist, dass sie sich auf das Rotorgewicht auswirkt, sollten Ingenieure diesen Faktor bei der Überprüfung der Lagerlebensdauer des Motors berücksichtigen. Ist die Anziehungskraft dagegen vernachlässigbar, muss sie nicht berücksichtigt werden.