Магнитный подшипник
Владельцы патента RU 2595998:
Общество с ограниченной ответственностью "ПСКОВСКАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ КОМПАНИЯ" (RU)
Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным опорным узлам с электромагнитными подшипниками, и может быть использовано при создании высокооборотных роторных агрегатов. Магнитный подшипник для поддержки ротора с возможностью его вращения содержит два магнитопроводящих кольца (1), соединенных между собой цельными магнитопроводящими стержнями (2), с установленными на них катушками (3). Катушки (3) расположены по окружности вокруг оси подшипника с параллельными ей осями, каждая из катушек (3) имеет магнитопроводящий сердечник и обмотку (5), обеспечивающие аксиальную организацию магнитного потока. Обмотки (5) находятся на втулках (4), выполненных из изоляционного материала, а втулки (4), в свою очередь, находятся на стержнях (2), являющихся сердечниками катушек (3) и соединяющих два кольца (1). Технический результат: повышение технологичности изготовления магнитного подшипника, его надежности и простоты ремонта, а также увеличение диапазона воспринимаемых осевых нагрузок, за счет использования цельного сердечника катушек. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным опорным узлам с электромагнитными подшипниками, и может быть использовано при создании высокооборотных роторных агрегатов.
Известна магнитная опора, использующая отталкивающие магнитные силы по патенту US 2005047430 (заявка WO 2006074070) в котором ротор и статор имеют взаимодействующие конические элементы, выполненные таким образом, чтобы иметь зазор между ними со значительным углом наклона к главной оси опоры.
Наиболее близким к предлагаемому является магнитный радиальный подшипник для поддержки с возможностью вращения ротора по патенту ЕР 2012072960 (заявка WO 2013087360), содержащий статор, с множеством катушек, причем катушки расположены по окружности вокруг оси радиального подшипника, каждая из катушек имеет сердечник, состоящий из листов, и на каждом сердечнике имеется обмотка, причем отдельные листы сердечника уложены в направлении по окружности, и обмотки формируют аксиальную организацию магнитного потока. Таких катушек может иметься четыре попарно противопоставленных. Каждый сердечник выполнен дугообразно в продольном направлении и имеет U-образное поперечное сечение, а обмотки намотаны вокруг средней (соединяющей) части в направлении, перпендикулярном к оси радиального подшипника. По обе стороны от катушки на сердечнике установлены направляющие. Система катушек установлена в двух кольцевых корпусах.
Недостатком указанного устройства является сложность в изготовлении сердцевин катушек, а также низкие значения воспринимаемой осевой нагрузки.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является использование цельного сердечника катушек и повышение величины воспринимаемой осевой нагрузки.
Техническая задача решается применением колец, соединенных цельными стержнями с установленными на них катушками. Внутренние отверстия колец могут быть выполнены цилиндрическими или коническими, причем в последнем случае шейки ротора, взаимодействующие с кольцами, также выполнены коническими.
Изобретение поясняется следующими фигурами.
На фиг. 1, 2 изображен магнитный подшипник с тремя катушками в группе и цилиндрическим отверстием.
На фиг. 3, 4 изображен магнитный подшипник с двумя катушками в группе и цилиндрическим отверстием.
На фиг. 5, 6 изображен магнитный подшипник с двумя катушками в группе и коническим отверстием.
На фиг. 7 изображена магнитная опора цилиндрического вала.
На фиг. 8, 9 изображена магнитная опора валов с коническими участками.
На фиг. 10 изображена магнитная левитация вала в магнитных полях.
Согласно фиг. 1, 2, 3, 4 магнитный подшипник состоит из двух колец 1, соединенных между собой сплошными стержнями 2, с установленными на них катушками 3, состоящими из втулок 4 и содержащими обмотку 5. Кольца 1 и стержни 2 изготовлены из магнитных материалов, в то время как втулки 4 - из изоляционного материала. С целью управления токами в обмотках 5, последние разделены на группы, и каждая группа отделена от соседней пазами 6, выполненными на кольцах 1. Количество групп катушек 3 может быть не менее трех, а соединение обмоток 5 внутри одной группы может быть как параллельным, так и последовательным. Поверхности 7, расположенные внутри колец 1, выполняют роль полюсов магнитопроводов, проводящих регулируемые магнитные потоки, обеспечивающие бесконтактную поддержку вала 8 (фиг. 7, 8) с постоянными зазорами. Ширина пазов 6 должна быть приблизительно в 10 раз больше, чем величина зазора между валом 8 и поверхностями 7. Сегментированные пазами 6 поверхности 7 могут быть выполнены цилиндрическими или коническими. Во втором случае центральное отверстие одного кольца 1 меньше, чем у другого, для того, чтобы поверхности 7 могли быть расположены на одном конусе. При этом ответная часть вала 8 должна иметь соответствующий конус. Материал ответных частей вала 8 может как совпадать с материалом колец 1, так и отличаться от него, например быть более магнитопроницаемым.
Расположив два таких подшипника симметричным образом (в соответствии с фиг. 8 или фиг. 9) можно удерживать вал 8 так, чтобы воспринимать значительные осевые нагрузки. В зависимости от величины предполагаемой осевой нагрузки угол при вершине конуса, образующего внутренние поверхности 7 колец 1 и ответных частей вала 8, находится в пределах (варьируется на стадии изготовления) от 10° до 60°.
Подшипник работает следующим образом (фиг. 10). При протекании в обмотках 5 электрического тока в пределах каждой группы обмоток образуется магнитный поток 9, проходящий через стержни 2, кольца 1 и через сегментированные поверхности 7 и создающий действующую на вал 8 электромагнитную силу. За счет того, что сегментированные поверхности 7 расположены симметрично по периферии вала 8, а изменение электрического тока и, соответственно, магнитного потока 9 в пределах каждой отдельной группы обмоток производится по своему определенному алгоритму, осуществляется магнитная левитация вала 8.
Техническим результатом является повышение технологичности изготовления магнитного подшипника, его надежности и простоты ремонта, а также увеличение диапазона воспринимаемых осевых нагрузок.
1. Магнитный подшипник для поддержки ротора с возможностью его вращения, содержащий два магнитопроводящих кольца, с множеством катушек, причем катушки расположены по окружности вокруг оси подшипника с параллельными ей осями, каждая из катушек имеет магнитопроводящий сердечник и обмотку, обеспечивающие аксиальную организацию магнитного потока, отличающийся тем, что обмотки находятся на втулках, выполненных из изоляционного материала, а втулки, в свою очередь, находятся на цельных магнитопроводящих стержнях, являющихся сердечниками катушек и соединяющих два кольца.
2. Магнитный подшипник по п. 1, отличающийся тем, что катушки разделены не менее чем на три группы за счет пазов, выполненных на кольцах.
3. Магнитный подшипник по п. 2, отличающийся тем, что внутренние отверстия колец выполнены цилиндрическими.
4. Магнитный подшипник по п. 2, отличающийся тем, что внутренние отверстия колец выполнены коническими.
5. Магнитный подшипник по п. 2, отличающийся тем, что угол при вершине конуса, образующего внутренние отверстия колец, находится в пределах от 10° до 60°.
