Электромагнитная опора

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5." F 16 С 32/04 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

РЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (1) 5039922/27 (2) 19.03.92 (6) 30.08.93, Бюл. hk 32 ф6) В,М.Смирнов и В.Д.Воронцов (f6) Патент США hL 4500142, кл, 308-10,1977, Патент США М 4511190, кл. 308-10, 1978.

Авторское свидетельство СССР ф 1177567, кл. F 16 С 32/04, 1985. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОПОРА (7) Сущность изобретения: электромагнитная опора содержит магнитопроводящий ротор, размещенный с зазором относительно магнитопроводящего статора с симметр ично размещенными относительно кОординатных осей полюсами, на которых (Изобретение может быть использовано в машиностроении и относится к области п(икладной электромеханики, в частности к устройствам, предназначенным для поддержания, как вращающихся, так и не вращающихся деталей во взвешенном состоянии, например, для бесконтактной подвески ротс ров, валов, шпинделей и т.д„вращающихся с любой угловой скоростью.

Известны электромагнитные опоры (ЭМО), представляющие собой электромагнитный подшипник (ЭМП), имеющий кольцфвой статор с несколькими полюсами, каждый полюс которого имеет катушку с обмоткой подмагничивания и катушку с обмот„„ЯЦ „„1838682 АЗ расположены обмотки подмагничивания и обмотки управления. Новым в электромагнитной опоре является то, что внутренняя расточка каждой пары полюсов статора выполнена криволинейной с образованием неравномерного зазора между ротором и полюсами статора, причем у краев полюсов с соседней парой полюсов зазор минимален, а вблизи координатной оси симметрии каждой пары полюсов зазор максимален.

Повышаются экономические показа ели при работе электромагнитной опоры за счет снижения электромагнитных сил притяжения ротора к полюсам статора при его отклонении в любом направлении от положения равновесия и наличии тока в обмотках подмагничивания, 2 ил. кой управления и магнитопроводящий ротор.

Недостатком известных опор является повышенное энергопотребление обмотками подмагничивания и управления. СО

Известная конструкция опоры содержит магнитопроводящий статор, состоящий @ из ярма, равномерно расположенных по окружности восьми полюсов, ротора. В соосном положении величина рабочего зазора @ (д,) между ротором и полюсами статора по длине окружности постоянна. Каждый полюс имеет катушку с обмоткой подмагничивания и катушку с обмоткой управления (р положением ротора по соответствующим координатам.

1838682

Недостатком известной конструкции опоры ЗМ является повышенный расход электроэнергии в обмотках катушек управления при стабилизации соосности вращающегося магнитопроводящего ротора во время эксплуатации.

Сущность изобретения состоит в следующем (фиг,2):

Конструкция ЭМО включает магнитопроводящий ротор 3, размещенный с зазором относительно магнитопроводящего статора 4, состоящего иэ ярма 1 и симметричнно размещенными относительно координатной оси парами полюсов 2 с внутренними криволинейными поверхностями 7. Каждый полюс 2 имеет две катушки с обмотками; обмотку подмагиичивания б и обмотку управления 5, Внутренняя поверхность каждой пары полюсов выполнена криволинейной с образованием неравномерного по окружности зазора с ротором, при этом у краев полюсов с соседними парами полюсов зазор минимален, а вблизи координатной оси симметрии каждой пары полюсов зазор максимален.

На фиг.1 изображена конструкция ЭМО с равномерно расположенными по окружности полюсами статора и постоянным по длине окружности рабочим зазором между ротором и полюсами статора в состоянии соосности; на фиг.2 — конструкция ЭМО с неравномерным по окружности рабочим зазором между ротором и каждой парой полюсов статора; изображен частный случай, число полюсов р = 8, а расточка внутренней поверхности ка>кдой пары полюсов выполнена по окружности радиуса r, центр которой находится на оси симметрии, не совпадающем с центром соосности (изобретение).

Как показано на фиг.2, ЭМО содержит магии гопроводящий ротор 3, магнитопроводящий статор 4, состоящий из ярма 1 и симметрично размещенными относительно координатной оси парами полюсов 2, Каждый полюс 2 имеет две катушки с обмотками: обмотку подмэгиичиваиия 6 и обмотку управления 5, Внутренняя поверхность 7 каждой пары полюсов выполнена криволинейной с образованием неравномерного по окружности зазора с ротором, пои этом у краев полюсов с соседними парами зазор минимален,. а вблизи координатной оси симметрии ОУ каждой пары полюсов зазор максимален, т.е. величина зазора увеличивается от джинн до д waKc по длине дуги от периферии к оси симметрии ОУ. С целью уменьшения потерь в опоре ЭМ на вихревые токи и увеличения быстродействия статор выполнен иэ набора шихтованиых пластин, а магнитопроводящий ротор — иэ набора шихтовэииых колец. При этом чередование полярности полюсов (если статор содержит более одной пары полюсов) обеспечивается соответствующим подключением обмоток полюсных катушек, причем полюса, примыкающие к участку магнитопровода между парами полюсов, имеют одинаковую полярность.

Опора ЭМ работает следующим образом. Обмотки подмагничивания обеспечивают необходимую "растяжку ротора" (магнитную) и тем самым определяют рабочую точку на кривой намагничивания стали, которая обеспечивает заданный интервал регулирования электрического тока в обмотках управления положением ротора. При отклонении магнитопроводящего ротора от положения равновесия возникают сигналы, 20 подающиеся иа обмотку управления соответствующей координаты, электрический ток в обмотке управления изменяется по величине, и электромагнитная сила возврата увеличивается, и ротор возвращается в положение равновесия.

Сравнительный анализ работы прототипа (фиг,1) и ЭМО изобретения (фиг,2) пока-. зывает, что при отклонении ротора от положения равновесия (Л) О) при наличии электрического тока в обмотках подмагничивания сила притяжения ротора к полюсам статорэ в заявляемой конструкции значительно ниже, чем в прототипе, в связи с чем требуется и формирование меньших по ве35 личине сил возврата ротора в исходное положение, что потребует и меньших затрат электроэнергии на формирование этих сил возврата, Для большей наглядности преимущества заявляемой конструкции рассмотрим вариант сравнения при равенстве магнитной проводимости рабочего зазора прототипа и заявляемой конструкции. Этот вариант сравнения наиболее целесообразен, т.к. в

45 данном случае речь идет об экономии электрической энергии, затрачиваемой на возврат ротора в исходное положение при его отклонении от соосности. Условием же равенства потребляемой энергии в положении равновесия (Л= О) является равенство магнитных проводимостей рабочих зазоров.

Расчет проводил я при следующих исходных данных частного случая, когда внутренняя рэсточка каждой пары полюсов выполнена по окружности радиуса r, центр которой лежит на оси симметрии и отстоит от центра соосности нэ величину я; для прототипа: r = 150,6 мм; rp = 150 мм; дн = О,б мм. р = 8; r = rp+ дн, 1838682 для предложенной конструкции по заявке; r = 150,1 мм; гр = 150 мм, дмин

Л=о

0,55534 мм BMa

А=о

=0,548 MM, Bnpus. = 0,6 мм, (джорд . привеенный зазор).

В обеих конструкциях: высота полюсов

59 мм, осевая длина статора L = 50 мм, атериал магнитопровода: сталь ЭЗЗО ГОСТ

21427,0-75, Удельные параметры, относительно кот рых были проведены расчеты:

h — — магнитная проводимость рабочеК1 г зазора;

FR равнодействующая сила притяжеК2 н я, действующая на одном полюсе;

Fó — - — проекция равнодействующей сиК2

FR л притяжения на направление оси г

F1 †у — сумма всех проекций равнодейК с вующих сил притяжения, действующих на

4 полюсах, на ось ОУ для прототипа;

F — сумма всех проекций равнодейК2 с вующих сил притяжения, действующих на

4- полюсах, на ось ОУ для конструкции по з явке;

К1, Кг — размерные константы соответст ующих параметров; F1 F22

К К

° Ь- tg D1

Кг ти ность или относител ьный вы игры ш в упр вляющих силах, т.е чем выше эта величина, тем требуется меньший расход эл ктрической энергии на создание управля щих электромагнитных сил, Показатель экономии электроэнергии за исит от крутизны кривой намагничивания стали, т.е, от выбора используемого магнитного материала ЭМО, Как правило, одновременно не удается совместить в одном магнитном материале и требование высо5 кой прочности при больших угловых скоростях вращения, и требование необходимых магнитных свойств материала. Отсюда и воэможность получения широкого диапазона получаемой экономии электроэнергии в

10 зависимости от выбора магнитного матери- ала ЭМО.

В данном случае существенным является то, что заявленная конструкция ЭМО

15 обеспечивает маньшую силу притяжения ротора к полюсам статора при отклонении ротора от положения соосности. И именно это уменьшение силы притяжения приводит к тому следствию, которое ведет к достаточ20 ности создания меньших управляющих сил, необходимых для возврата ротора в исходное положение, а это ведет к меньшему потреблению электроэнергии на переходных режимах работы 3МО, 25

Таким образом, использование изобретения позволит существенно повысить надежность ЭМО при минимальном расходе электроэнергии по сравнению с прототи30 пом, Формула изобретения

Электромагнитная опора, содержащая магнитопроводящий ротор, размещенный с зазором относительно магнитопроводяще35 го статора с симметрично размещенными относительно координатных осей полюсами, на которых расположены обмотки подмагничивания и обмотки управления для каждой пары соседних полюсов, о т л и ч а ю40 щ а я с я тем, что поверхность каждого полюса статора выполнена криволинейной с образованием неравномерного по окружности зазора между ротором и полюсами статора, причем у краев полюсов с

45 соседней парой полюсов зазор минимален, а вблизи координатной оси симметрии каждой пары полюсов — максимален.

1838682