Система магнитного подвеса ротора

 

Изобретение относится к машиностроению , а именно к средствам бесконтактного подвеса вращающихся тел. Целью изобретения является уменьшение габаритов и энергопотребления, а также повышение быстродействия . Система магнитного подвеса ротора содержит две радиальные электромагнитные опоры 1 и две аксиальные электромагнитные опоры 2. Статоры 3 и 5 и подвижные элементы 6 и 9 радиальных и аксиальных опор соединены магнитопроводами 4 и 8. В магнитной цепи статоров 3 и 5 установлены постоянные магниты 10. Аксиальные опоры 2 выполнены со статором 5. образующим два аксиальных зазора с подвижным элементом 9. Обмотка 18 управления этой опоры 2 выполнена кольцевой с осью, ориентированной вдоль оси ротора 7. 2з.п. ф-лы, 10 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sIIs F16С39/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1б

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4832894/27 (22) 01.06.90 (46) 15,03.92. Бюл. bb 10 (71) Московский энергетический институт (72) А.А.Карпов, В.П;Ларин, В.Г.Морозов и

В.А.Трегубов (53) 621.822.5 (088.8) (56) Патент США hh 4114960, кл. F 16 С 39/00. 1978. (54) СИСТЕМА МАГНИТНОГО ПОДВЕСА

РОТОРА (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам бесконтактного подвеса вращающихся тел. Целью изобре1ения является уменьшение габаритов и

„,5U„, 1719735 А1 энергопотребления. а также повышение быстродействия. Система магнитного подвеса ротора содержит две радиальные электромагнитные опоры 1 и две аксиальные электромагнитные опоры 2. Статоры 3 и 5 и подвижные элементы 6 и 9 радиальных и аксиальных опор соединены магнитопроводами 4 и 8. В магнитной цепи статоров 3 и 5 установлены постоянные магниты 10. Аксиальные опоры 2 выполнены со статором 5, образующим два аксиальных зазора с подвижным элементом 9. Обмотка 18 управления этой опоры 2 выполнена кольцевой с осью, ориентированной вдоль оси ротора 7.

2 з.п. ф-яы, 10 ил.

1719735

10

50

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактному магнитному подвесу роторов машин и механизмов.

Известны системы магнитного подвеса роторов, содержащие радиальные магнитные опоры с постоянными магнитами и обмотками управления, подключенными к блоку управления, управляемые по сигналам датчиков радиального положения.

Недостатком известных систем магнитного подвеса является отсутствие активного управления, обеспечивающего демпфирование колебаний ротора в аксиальном направлении.

Известна система магнитного подвеса ротора, содержащая постоянные магниты, установленные на неподвижном элементе, с обмотками аксиального управления и подвижный элемент с концентрическими пазами, аналогичными таким же пазам на неподвижном элементе. Две обмотки управления подключены к блоку автоматического управления.

Недостатком такой системы является слабое демпфирование и малая жесткость в радиальном направлении. Кроме того, конструкция системы подвеса не позволяет ее использование при отсутствии отверстия в маховиках, роторах турбомашин, гироскопов и т.п., поскольку это. снижает функциональные возможности системы.

Наиболее близкой к предлагаемой является система магнитного подвеса ротора, содержащая радиальные и аксиальные магнитные опоры, неподвижные элементы которых — статоры с обмотками управления подключены к соответствующим каналам блока автоматического управления, соединенным с соответствующими датчиками положения ротора, подвижные элементы магнитных опор размещены на роторе.

Недостатками такой системы магнитного подвеса являются значительные габариты и большое энергопотребление, а также низкое быстродействие из-за значительной величины индуктивности обмоток управления.

Целью изобретения является уменьшение габаритов и энергопотребления, а также повышение быстродействия системы подвеса. указанная цель достигается тем, что система магнитного подвеса ротора содержит подвижные элементы и статоры радиальных электромагнитных опор с полюсами и аксиальных электромагнитных опор, обмотки уп равления статоров подключены к соответ. ствующим каналам блока автоматического управления, соединенным с соответствующими датчиками положения ротора, снабжена магнитопроводом, соединяющим статоры радиальных и аксиальных опор, магнитопроводом, соединяющим подвижные элементы радиальных и аксиальных опор, и постоянными магнитами, расположенными в цепи магнитопровода, соединяющего статоры, причем каждая аксиальная опора выполнена с одним статором, образующим с подвижным элементом два аксиальных зазора; симметричных относительно середины подвижного элемента, а обмотка управления каждой аксиальной опоры выполнена кольцевой с осью, ориентированной вдоль оси ротора.

Статоры радиальных опор при этом более целесообразно выполнять с четырьмя полюсами, Статоры аксиальных опор могут быть выполнены с кольцевым пазом, обращенным к подвижному элементу, между стенками которого расположен кольцевой подвижный элемент, а на дне паза — обмотка управления.

На фиг.1-3 представлены системы магнитного подвеса ротора с радиально расположенными полюсами стэторов радиальных электромагнитных опор, продольные разрезы; на фиг.4 — 5 то же, с аксиально расположенными полюсами радиальных электромагнитных опор; на фиг.6 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.7- разрез Б-Б на фиг.5; на фиг.8 — радиальная электромагнитная опора с круглым сечением аксиально расположенных полюсов, продольное сечение; на фиг.9 — статор электромагнитной опоры, вид с торца; на фиг.10 — аксиальная электромагнитная опора с указанием магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом (или магнитами) и обмоткой управления, продольный разрез.

Система магнитного подвеса ротора (фиг.1) содержит две радиальные электромагнитные опоры 1 и две аксиальные электромагнитные опоры 2. Статор 3 каждой радиальной опоры 1 соединен магнитопроводом 4 со статором 5 аксиальной опоры 2.

Подвижный элемент 6 радиальной опоры 1, установленный на роторе 7, соединен магнитопроводом 8 с подвижным элементом 9 аксиальной опоры 2, также размещенным на роторе 7. В магнитной цепи статоров 3 и

5 системы подвеса в разрезе магнитопровода 4 установлены магниты .10, намагниченные в аксиальном направлении.

Статоры 3 радиальных опор 1 выполнены с радиально расположенными полюсами

11. Для приведения ротора 7 во вращение установлен электродвигатель 12 со статором 13 и активной частью 14, размещенной на роторе 7.

1719735

Система подвеса содержит также. дат- ток под тем полюсом 11, к которому прибличики 15 радиального положения и датчики зился подвижный элемент 6 ротора 7. Та16аксиального положения ротора 7.Датчи- ким образом, симметрия действующих на ки 15 и 16 через блок автоматического уп- ротор 7 сил нарушится и подвижный элеравления (не показано) подключены к 5 мент ротора 7поддействием большей сисоответствующим обмоткам 17 и 18 управ- лы, развиваемой потоком магнита 10 под ления статоров 3 и 5 опор 1 и 2, Аксиаль- противоположным полюсом 11, от которого ные опоры 2 выполнены со статором 5, подвижный элемент 6 ротора 7 удаляется, образующим два аксиальных зазора, сим- начнет движение в сторону, противополож- метрич н ых относител ьно середины по- 10 ную начальному смещению. движного элемента 9, а обмотка 18 Смещение ротора 7 в аксиальном науправления каждой аксиальной опоры 2 вы- правлении фиксируется датчиками 16 аксиполнена кольцевой с осью, ориентирован- ального положения. Сигнал датчиков 16 ной вдоль оси ротора 7. через блок управления подается на обмот15 ку 18 управления и в ней формируется ток

Система магнитного подвеса ротора мо- управления такого направления, чтобы пожетбыть выполнена(фиг.2) соднойаксиаль- ток Фое, созданный им, уменьшил суммарнойопорой2идвумярадиальнымиопорами ный поток в одном воздушном зазоре

1 при несимметричном размещении их от- между статором 5 и подвижным элементом носительно электродвигателя 12. 20 9 и увеличил в другом зазоре. В зазоре с

Радиальные опоры 1 и аксиальные опо- большим магнитным потоком создается ры 2 могут быть размещены радиально от- сила, под действием которой подвижный носительно друг друга (фиг.3), причем элемент 9 ротора 7 начнет движение в стомагнит 10выполнен срадиальнымнаправ- рону, противоположную начальному смелением намагниченности. Радиальные опо- 25 щению. ры 1 могут быть выполнены с аксиально В магнитных опорах 1 и 2 потоки Ф, расположенными полюсами 11 (фиг.4 и 5). Фг и Фоб обмоток 17 и 18 управления обесНаиболее целесообразно выполнение ста- печивают только перераспределение пототоров 3 радиальных опор 1 с четырьмя по- ков в зазорах и чем больше поток Ф м люсами 11(фиг.6 и 7), а, кроме того, сечение 30 магнитов10, тем меньше необходимая МДС аксиально расположенных полюсов 11 вы- обмоток 17 и 18 управления и соответственполнять круглым для уменьшения длины но меньше потребляемая-мощность, либо витка обмотки 17 управления. при той же мощности меньше постоянная

Статоры 5 аксиальных опор 2 могут быть времени обмоток 17 и 18 управления, а, слевыполнены с кольцевым пазом19,обращен- 35 довательно, больше быстродействие систеным к подвижному элементу 9. который вы- мы магнитного подвеса. Уменьшение полнен в виде диска 20 и размещен между габаритов достигнуто также за счет налистенками паза 19, в котором расположена чия только одного статора 5 аксиальной кольцевая обмотка 18 управления. опоры 2.

Система магнитного подвеса работает 40 следующим образом. Формула изобретения

Магнитный поток Ф постоянного магнита 10, проходя по магнитопроводу 4, по- 1. Система магнитного подвеса ротора, люсам 11 радиальной опоры 1, подвижному содержащая подвижные элементы и статоэлементу 6, магнитопроводу 8, подвижному 45 ры радиальных электромагнитных опор с элементу 9 и статору 5 аксиальной опоры 2, полюсами и аксиальных электромагнитных создает в зазорах опор магнитное поле и опор, обмотки управления электромагнитсоответственно одинаковые и противопо- ных опор, подключенные к соответствуюложно направленные в зазорах силы притя- щим каналам блока автоматического жения при центральном положении ротора 50 управления, соединенного с соответствую7. Смещение ротора 7 в радиальном направ- щим датчиками положения ротора, о т л илении фиксируется датчиками 15 радиаль- ° ч à ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения ного положения. Сигнал датчиков 15 через габаритов и энергопотребления. а также поблокавтоматическогоуправления подается вышения быстродействия системы, она на обмотки 17 управления и в соответствии 55 снабжена магнитопроводом, соединяющим с направлением и величиной смещения ро- статоры радиальных и аксиальных опор, тора 7 в них формируется ток управления магнитопроводом, соединяющим подвижтакого направления, чтобы потоки % и Ф2. ные элементы радиальных и аксиальных созданные им, уменьшили суммарный по- опор, и постоянными магнитами. располо1719735

1 женными в цепи магнитопровода, соединяющего статора, причем каждая аксиальная опора выполнена с одним статором, образующим с подвижным элементом два аксиальных зазора, симметричных относительно середины подвижного элемента, а обмотка управления каждой аксиальной опоры выполнена кольцевой с осью. ориентированной вдоль оси ротора.

2, Система по п.1, отличающаяся тем, что число полюсов статора радиальных опор выполнено равным четырем.

3. Система по п.1 и 2, о т л и ч а ю щ а я5 с я тем, что статоры аксиальных опор выполнены с кольцевым пазом, между стенками которого расположен кольцевой подвижный элемент, а на дне паза — обмотка управления.

Ч И д Ю 20

Фиг.4

Фиг.б

1719735

Фиг.6

1719735

1719735

Фиг.IO

Составитель В.ларин

Техред ММоргентал

Корректор Э.Лончакова

Редактор Ю.Середа

Производственно-иэдательскиА комбинат "Патент", с. Ужгород, ул.Гагарина, 101. Заказ 756 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Рауаская наб„4/5