УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ РАЗГРУЗКИ РАДИАЛЬНЫХ ПОДШИПНИКОВ Российский патент 2003 года по МПК F16C39/06 

Описание патента на изобретение RU2207455C2

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам электромагнитной разгрузки опор и магнитного подвеса.

Известны магнитные подшипники, содержащие цилиндрические опорные элементы в виде кольцевых постоянных магнитов, намагниченных радиально и расположенных в ряд с чередованием направления намагниченности (Метлин В.Б. Магнитные и магнитогидродинамические опоры. Обзор. - М.: Энергия, 1968. - С. 27). Их недостатком является высокая стоимость постоянных магнитов при большой вращающейся массе и сложность монтажа.

Известны магнитные подшипники, содержащие цилиндрические наружный и внутренний опорные элементы, выполненные в виде кольцевых постоянных магнитов, намагниченных аксиально, расположенных в ряд по оси подшипника с чередованием направления намагниченности в обоих опорных элементах и прилегающих одноименными полюсами к ферромагнитным кольцам, размещенным между магнитами (патент США 3958842, кл. 308-10, опубл. 1976). Они обладают теми же недостатками.

Известен радиальный электромагнитный подшипник, содержащий магнитопроводящий ротор и кольцевой восьмиполюсный статор, каждый полюс которого имеет обмотку подмагничивания и обмотку управления по соответствующей координате (Кочетков В.М., Краснов М.П. и др. Радиальный электромагнитный подшипник. А. с. 1177567, МКИ4 F 16 С 32/04, опубл. 07.09.85, бюл. 33). Его недостатком является необходимость внешнего источника электроэнергии и трудность обеспечения взрывобезопасности.

Известно устройство для разгрузки опор, содержащее магнитную систему с постоянными магнитами и ферромагнитное кольцо, насаженное на вал. Магнитная система расположена сверху ферромагнитного кольца и разгружает опоры от силы тяжести (Кацнельсон О. Г., Эдельштейн А.С. Магнитная подвеска в приборостроении. - М.-Л.: Энергия, 1966. - С. 85).

Его недостатком является высокая стоимость постоянных магнитов, трудность монтажа и загрязнение поверхности магнитной системы ферромагнитными частицами в нерабочем состоянии.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для разгрузки подшипников, содержащее магнитопровод с цилиндрической расточкой и с обмоткой возбуждения, который расположен над ферромагнитным кольцом, насаженным на вал (Кацнельсон О.Г., Эдельштейн А.С. Магнитная подвеска в приборостроении. - М.-Л.: Энергия, 1966. - С. 48). Его недостатком является необходимость внешнего источника питания обмотки возбуждения, что затрудняет обеспечение взрывобезопасности и усложняет эксплуатацию.

Технической задачей изобретения является создание устройства разгрузки радиальных опор от силы тяжести с независимостью от внешних источников электроэнергии, с возможностью его эксплуатации во взрывоопасных и агрессивных средах и с простотой монтажа.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для электромагнитной разгрузки радиальных подшипников, содержащем статор в виде секторного магнитопровода с обмоткой возбуждения и с рабочей поверхностью, охватывающей секторную часть цилиндрической поверхности ротора в виде ферромагнитного кольца, установленного на валу, указанное кольцо имеет зубцы на поверхности, обращенной к рабочей поверхности статора, статор имеет три полюса, боковые полюса статора имеют на рабочих поверхностях, являющихся частями рабочей поверхности магнитопровода, зубцы с шагом, совпадающим с шагом зубцов ротора, причем зубцы на боковых полюсах статора смещены относительно друг друга на половину зубцового шага, на среднем полюсе статора расположена обмотка возбуждения, а на боковых полюсах - генераторные обмотки, соединенные последовательно встречно и подключенные ко входу выпрямителя, выход которого подключен к обмотке возбуждения.

На фиг.1 представлена конструкция устройства разгрузки. На фиг.2 показана электрическая схема соединений. На фиг.3 приведены графики магнитных потоков в установившемся режиме.

Устройство электромагнитной разгрузки опор по фиг.1 содержит статор - неподвижный секторный магнитопровод 1 со средним полюсом 2 и двумя боковыми полюсами 3, 4. На среднем полюсе 2 имеется обмотка возбуждения 5, а на боковых полюсах 3, 4 - генераторные обмотки 6, 7. На вал 8 насажено ферромагнитное кольцо 9, образующее ротор. Рабочая поверхность магнитопровода 1 охватывает секторную часть цилиндрической поверхности ферромагнитного кольца 9.

Полюсы 2-4 имеют наконечники с цилиндрической расточкой, причем наконечник среднего полюса 2 гладкий, а наконечники боковых полюсов 3, 4 имеют зубцы (по 3 на каждом), обращенные к зазору. На ферромагнитном кольце 9 на поверхности, соответствующей рабочей поверхности наконечников полюсов 2-4, имеются зубцы с тем же шагом, что и на боковых полюсах 3, 4, причем зубцы полюса 3 сдвинуты относительно зубцов полюса 4 на половину зубцового деления. Длина полюсной дуги наконечника среднего полюса 2 составляет целое число зубцовых делений (на фиг.1 - 4 зубцовых деления). Промежутки между наконечниками полюсов составляют по половине зубцового шага.

Схема на фиг.2 содержит две генераторные обмотки 6, 7, включенные последовательно и встречно, двухполупериодный выпрямитель 10 на четырех диодах, сглаживающий конденсатор 11 и обмотку возбуждения 5.

Устройство работает следующим образом. Магнитопровод 1 имеет небольшой остаточный магнитный поток, который проходит в среднем полюсе 2 вверх, а в боковых полюсах 3,4 - вниз. При вращении зубчатого кольца 9 происходит пульсация магнитных потоков Ф1 и Ф2 в боковых полюсах 3, 4, причем их переменные составляющие находятся в противофазе благодаря сдвигу их зубцов (фиг. 3). В генераторных обмотках 6, 7 наводятся переменные ЭДС, которые тоже находятся в противофазе. Благодаря встречному включению обмоток 6, 7 эти ЭДС суммируются. Удвоенная ЭДС поступает на выпрямитель 10. Выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором 11 и питает обмотку возбуждения 5. Магнитный поток Ф0 среднего полюса 2 увеличивается, увеличивается амплитуда пульсации магнитных потоков Ф1 и Ф2, увеличивается ЭДС в обмотках 6, 7, и т. д.

По мере увеличения магнитного потока Ф0 наступает насыщение магнитопровода 1, амплитуда пульсации магнитных потоков Ф1, Ф2 стабилизируется и электромагнитные процессы переходят в установившийся режим. На ферромагнитное кольцо 9 действуют пондермоторные силы, давление которых определяется известной формулой

где Bδ - магнитная индукция в рабочем зазоре, Тл;
μ0 - магнитная постоянная, μ0=1,256•10-6 Гн/м.

Вертикальная составляющая суммарного усилия, действующего на ротор, определяется выражением
F=Sгр, Н
где Sг, м2 - площадь проекции поверхности наконечников стержней 2-4, обращенных к зазору, на горизонтальную плоскость.

Усилие F воспринимает основную часть силы тяжести, действующей на ротор, и снижает нагрузку на подшипники, увеличивая их надежность и ресурс.

Магнитопровод 1 с обмотками 5-7 легко монтируется на станине и снимается с нее. Обмотки 5-7, выпрямитель 10 и конденсатор 11 могут быть объединены в общую конструкцию и загерметизированы.

Устройство электромагнитной разгрузки представляет собой секторную электрическую машину (индукторный генератор) с самовозбуждением. При остановке ротора или при размыкании цепи обмотки возбуждения магнитное поле устройства снижается до нескольких процентов от номинального значения, что упрощает монтаж и транспортировку устройства. Для его работы не требуется внешнего источника электроэнергии, оно потребляет механическую энергию с вала ротора. При герметичном исполнении конструкции устройство может работать во взрывоопасных и агрессивных средах.

Таким образом, благодаря трехполюсной конструкции статора с обмотками, выполнению зубцов на поверхностях ротора и боковых полюсах статора, подключению обмотки возбуждения через выпрямитель к генераторным обмоткам получено устройство электромагнитной разгрузки радиальных опор с возможностью простого монтажа и работы во взрывоопасных и агрессивных средах, которое увеличивает надежность и ресурс подшипников.

Похожие патенты RU2207455C2

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ РАЗГРУЗКИ РАДИАЛЬНЫХ ОПОР 2007
  • Гузельбаев Яхия Зиннатович
  • Андрианов Александр Васильевич
RU2357121C1
ПОДШИПНИК СИСТЕМЫ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОГО АКТИВНОГО МАГНИТНОГО ПОДВЕСА РОТОРА 2003
  • Гузельбаев Я.З.
  • Андрианов А.В.
RU2246644C1
Радиальная электромагнитная опора для активного магнитного подшипника 2021
  • Андрианов Александр Васильевич
  • Исламов Максум Маратович
  • Сусликов Эдуард Вячеславович
RU2763352C1
МАГНИТНЫЙ РЕДУКТОР 2011
  • Андрианов Александр Васильевич
  • Афанасьев Анатолий Юрьевич
  • Гузельбаев Яхия Зиннатович
  • Давыдов Николай Владимирович
  • Страхов Геннадий Павлович
  • Хисамеев Ибрагим Габдулхакович
RU2474033C1
Радиальная электромагнитная опора активного магнитного подшипника 2020
  • Андрианов Александр Васильевич
  • Мазитов Ильдар Дамирович
  • Сусликов Эдуард Вячеславович
RU2728916C1
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ МУФТА-РЕДУКТОР С ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИМ ЭКРАНОМ 2011
  • Андрианов Александр Васильевич
  • Гузельбаев Яхия Зиннатович
  • Страхов Геннадий Павлович
  • Хисамеев Ибрагим Габдулхакович
RU2451382C1
УПЛОТНЕНИЕ С АКТИВНЫМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ ЗАЗОРА 2012
  • Андрианов Александр Васильевич
  • Ахметзянов Альберт Мингаязович
  • Гузельбаев Яхия Зиннатович
  • Хисамеев Ибрагим Габдулхакович
RU2503865C1
ЦЕПНАЯ ПЕРЕДАЧА 2008
  • Залялов Валерий Адельзянович
  • Мухамадиева Раиля Рашитовна
RU2375618C1
ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ СПИРАЛЬНЫЙ КОМПРЕССОР 2002
  • Ибрагимов Е.Р.
  • Паранин Ю.А.
  • Садыков М.Т.
RU2215190C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ 2002
  • Залялов В.А.
RU2210527C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 207 455 C2

Реферат патента 2003 года УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ РАЗГРУЗКИ РАДИАЛЬНЫХ ПОДШИПНИКОВ

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам электромагнитной разгрузки опор и магнитного подвеса. Устройство электромагнитной разгрузки радиальных подшипников содержит статор в виде магнитопровода с обмоткой возбуждения и цилиндрической рабочей поверхностью. Статор расположен над ротором в виде ферромагнитного кольца, установленного на валу. Указанное кольцо имеет зубцы на поверхности, обращенной к рабочей поверхности статора, который имеет три полюса. На рабочих поверхностях боковых полюсов статора имеются зубцы с шагом, совпадающим с шагом зубцов ротора. Зубцы на боковых полюсах статора смещены относительно друг друга на половину зубцового шага. На среднем полюсе статора расположена обмотка возбуждения, а на боковых полюсах - генераторные обмотки, соединенные последовательно встречно и подключенные ко входу выпрямителя. Выход выпрямителя подключен к обмотке возбуждения. Техническим результатом является создание устройства разгрузки радиальных опор от силы тяжести с независимостью от внешних источников электроэнергии, с возможностью его эксплуатации во взрывоопасных и агрессивных средах и с простотой монтажа. 3 ил.

Формула изобретения RU 2 207 455 C2

Устройство электромагнитной разгрузки радиальных подшипников, содержащее статор в виде магнитопровода с обмоткой возбуждения и с цилиндрической рабочей поверхностью, который расположен над ротором в виде ферромагнитного кольца, установленного на валу, отличающееся тем, что указанное кольцо имеет зубцы на поверхности, обращенной к рабочей поверхности статора, который имеет три полюса, на рабочих поверхностях боковых полюсов статора имеются зубцы с шагом, совпадающим с шагом зубцов ротора, причем зубцы на боковых полюсах статора смещены относительно друг друга на половину зубцового шага, на среднем полюсе статора расположена обмотка возбуждения, а на боковых полюсах - генераторные обмотки, соединенные последовательно встречно и подключенные ко входу выпрямителя, выход которого подключен к обмотке возбуждения.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2003 года RU2207455C2

Канцельсон О.Г., Эдельштейн А.С
Магнитная подвеска в приборостроении
Радиальный электромагнитный подшипник 1984
  • Кочетков Валерий Михайлович
  • Краснов Михаил Петрович
  • Ляхов Константин Борисович
  • Медведев Вячеслав Викторович
SU1177567A1
US 3958842, 07.09.1985
US 4683391, 28.07.1987.

RU 2 207 455 C2

Авторы

Андрианов А.В.

Афанасьев А.Ю.

Гузельбаев Я.З.

Даты

2003-06-27Публикация

2001-10-02Подача