МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ ГИРОСКОПА Российский патент 1998 года по МПК G01C19/04 

Изобретение относится к области навигации, а более конкретно, к устройству гидродвигателей, и, в частности, к магнитоэлектрическим двигателям 2(МЭД) гироскопа. Известны МЭД гироскопа (см. патент Франции N 2.175.126, G 01 С 19/08).

Наиболее близким прототипом является МЭД гироскопа, использующий в качестве газовой среды, в которой работает МЭД, гелий (см. реферат. Системы, приборы, вып. 56, 1985 г. И. Ширер. Лаборатория им. Ч.С. Дрейпера. Отчет АД-114640, 1981 г. Multisensor. Final Report. Tne C.S. Draper Laboratory, Inc. June 1977. Technical Report AFAL-TR-77-50).

МЭД этого гироскопа имеет нормальное исполнение (ротор-внутри статора). В качестве материала постоянных магнитов используют кобальт-самариевый сплав - единственных из всех известных материалов, освоенных промышленностью, обладающий необходимой для этого типа двигателей магнитной энергией. Однако этот сплав не может работать в среде водорода, которая используется в большинстве гироскопов, из-за сильного взаимодействия, приводящего к разрушению монолитного материала магнитов.

Недостатком известных конструкций МЭД гироскопов является невозможность использования водорода как наименее плотного газа и, как следствие, повышенный нагрев гидродвигателя, что требует охлаждения гироскопов. Это снижает эксплуатационные возможности и сужает класс объектов, в которых могут такие двигатели гироскопов эксплуатироваться. Кроме того, повышенная мощность, потребляемая МЭД, приводит к ухудшению точности гироскопов (см. Делекторский Б. А. , Мастяев Н.З., Орлов И.Н. Проектирование гироскопических электродвигателей. - М.: Машиностроение, 1968), в которых используются МЭД.

Для устранения отмеченных недостатков в МЭД гироскопа, содержащего статор, ротор и постоянные магниты, жестко связанные ротором, в него введена герметичная оболочка, расположенная на постоянных магнитах, в виде двух кольцевых мембран, закрепленных на роторе по торцам постоянных магнитов. Кроме того, герметичность магнитов может быть образована вакуумплотным покрытием каждого магнита немагнитным материалом, например из нержавеющей стали, нанесенным по всей поверхности каждого магнита.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого магнитоэлектрического двигателя; на фиг. 2 - разрез Ф-Ф на фиг. 1.

Магнитоэлектрический двигатель гироскопа состоит из ротора 1 и двух статоров 2. С ротором жестко связаны постоянные магниты 3 из кобальто-самариевого сплава, закрытые с каждого торца кольцевыми мембранами 4. Магниты 3 на роторе 1 в окружном направлении расположены равномерно и имеют осевую намагниченность. Статоры 2 развернуты друг относительно друга на половину полюсного деления. В роторе 1 жестко закреплена втулка 5 газодинамической опоры (ГДО), неподвижный вал 6 который жестко установлен на оси 7, которая неподвижно соединена со статором 2 через втулку 8. МЭД располагается во внутреннем объеме гироскопа, не показанного на фиг. 1, заполненного водородом.

МЭД работает следующим образом. При подаче напряжения попеременно на левый и правый статоры 2 (программу переключения осуществляет специальный блок питания, не входящий в состав двигателя) производится трогание ротора. По мере увеличения частоты переключения статоров 2 увеличивается скорость вращения ротора 1. При достижении ротором 1 нормальной скорости вращения частота переключения статоров 2 стабилизируется блоком питания.

Так как моменты трения ротора и ГДО о газовую среду пропорциональны ее плотности и вязкости (см. Подшипники с газовой смазкой. Под ред. Грэссема и Пауэлла. Изд-во "Мир" М. 1966 г.), то таким же образом зависит от этих параметров и мощность, потребляемая МЭД. Следовательно, перегрев МэД, работающего в водороде, примерно в 2 раза будет меньше, чем в гелии. Это позволяет в некоторых навигационных системах обходиться без принудительного охлаждения, что расширяет эксплуатационные возможности таких МЭД по сравнению с прототипом. Если сохранить мощность, потребляемую МЭД, то при заполнении водородом можно примерно в 1,5 раза увеличить скорость вращения (т.е. кинетический момент ротора) и в столько же раз увеличить точность гироскопа, в котором установлен МЭД.

Для обеспечения возможности длительной работы (ресурса) магнитов из кобальто-самариевого сплава в среде водорода они защищаются двумя кольцевыми мембранами 4 из немагнитного сплава, при этом каждая мембрана двумя кольцевыми герметичными швами приваривается к ротору 1.

Герметизация магнитов 3 может также осуществляться и напылением на поверхность магнита вакуумплотной пленки из немагнитного металла (нержавеющей стали, титана и т.д.). Экспериментальные данные показали, что слой из нержавеющей стали 12Н18ХТЮ толщиной 10 мкм предохраняет кобальто-самариевый сплав в течение примерно 20000 ч, в то время как открытые магниты разрушаются через 400 ч.

Таким образом заявленное техническое решение по сравнению с прототипом (Multisensor. Final Report. The C.S. Draper Labratory Inc. June 1977. Technical Report AFAL-TR-77-50) за счет герметизации магнитов МЭД обладает расширенными эксплуатационными возможностями (может применяться в системах, не требующих принудительного обдува, так как гироскоп с герметизированным МЭД, может заполняться водородом, обеспечивающим наименьшие потери на трение) при одновременном повышении ресурса и стабильности положения центра масс ротора 1.

Двигатель предназначен для использования в гидроскопах. Двигатель содержит статоры, ротор и постоянные магниты, жестко связанные с ротором. Герметичная оболочка расположена на постоянных магнитах. Это позволяет заполнять гидроскопы, в которых используються такие двигатели, водородом, что снижает потребляемую мощность и снимает необходимость обдува. Кроме того, одновременно повышаются ресурс двигателя и стабильность положения центра масс ротора двигателя. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Магнитоэлектрический двигатель гироскопа, содержащий статоры, ротор и постоянные магниты, жестко связанные с ротором, отличающийся тем, что в него введена герметичная оболочка, расположенная на постоянных магнитах. 2. Двигатель гироскопа по п.1, отличающийся тем, что герметичная оболочка выполнена в виде закрепленных на роторе и расположенных по торцам постоянных магнитов двух кольцевых мембран из немагнитного материала. 3. Двигатель гироскопа по п.1, отличающийся тем, что герметичная оболочка выполнена в виде вакуум-плотного покрытия из немагнитного материала, нанесенного по всей поверхности каждого магнита.