Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к магнитным подшипникам для вращающихся машин, в которых подшипник имеет интегральную радиально-осевую конструкцию и в которых аксиальный управляющий магнитный поток протекает через центральное отверстие в сердечнике, выполненном из магнитомягкой стали.
Уровень техники, предшествующий изобретению
С помощью магнитных подшипников может быть изготовлена бесконтактная подвеска. Свойственные им низкие потери трения делают их привлекательными для применения в высокоскоростных механизмах. Конструкция вращающихся высокоскоростных машин зачастую очень сложная из-за ограничений, связанных с динамикой вращения ротора. В этом смысле любое снижение осевой длины вала приводит к улучшению динамических свойств ротора. Это свойство наиболее эффективно используется в так называемых комбинированных радиально-упорных подшипниках. Это подшипники, в конструкции которых имеются внутренние компактно расположенные аксиальные и радиальные каналы, причем в таких подшипниках совместно используются несколько функциональных компонентов.
Разнообразные примеры комбинированных подшипников можно найти в описаниях патентов и в технической литературе. Зачастую траектория аксиального управляющего магнитного потока пересекает центральное отверстие шихтованного пакета из ферромагнитного материала. Примеры этого можно найти в описаниях патентов или патентных заявках №№ US 5514924, US 6268674, US 6727617, WO 2008074045, CN 1737388. Другие примеры приведены в технической литературе, как например в публикациях Имобердорфа (Imoberdorf) и соавт., Пичо (Pichot) и соавт., и Букнера (Buckner) и соавт. В комбинированных подшипниках типа, описанного в патенте US 6359357 В1, выданном Блюменстоку (Blumenstock), аксиальный управляющий магнитный поток не пересекает центральное отверстие шихтованного пакета из ферромагнитного материала.
На функционирование осевого канала комбинированного подшипника может быть оказано отрицательное влияние, если траектория аксиального управляющего магнитного потока пересекает центральное отверстие шихтованного пакета материала, или, в более общем случае, если комбинированный подшипник содержит зону, где управляющий магнитный поток окружен электропроводящим материалом. В этом случае различные управляющие магнитные потоки могут индуцировать электрические напряжения в окружающем материале. Эти электрические напряжения вызывают появление вихревых токов, а также джоулевы потери, если окружающий контур является замкнутым и электрически проводимым. Фактически такой шихтованный пакет может рассматриваться как короткозамкнутая вторичная обмотка трансформатора, а катушка, создающая аксиальный управляющий магнитный поток, является первичной обмоткой трансформатора. Влияние этого фактора зависит от частоты тока: потери возрастают при увеличении частоты. При данных конкретных величинах осевого управляющего тока и частоты тока джоулевы потери уменьшают механическое усилие, которое может быть создано. Соответственно, на работу осевого канала оказывается отрицательное воздействие.
Аналогичные явления могут возникнуть в шихтованном пакете, на который воздействует осевой магнитоэлектрический привод. В этом случае управляющий магнитный поток входит в сам шихтованный пакет, однако физическое объяснение этого явления такое же. В патенте US 6268674 Такахаси (Takahashi) предлагает нарезать ряд равномерно распределенных радиальных прорезей внутри такого требуемого пакета материала. Очевидно, что с целью получения достаточного механического усилия при вращении пластины шихтованного сердечника не обрезаются по всей их толщине. Благодаря этому индуцированные токи остаются локальными, при условии, что управляющий поток входит исключительно в зону прорезей. Этот метод обеспечивает решение проблемы только для уменьшения потерь в получаемом в результате шихтованном пакете. Общий управляющий магнитный поток является тем не менее окруженным пакетом статора.
Насколько нам известно, не сообщалось о других методах, служащих для снижения этого вида потерь. В данной патентной заявке представлен другой способ уменьшения потерь. Он может применяться как в отношении шихтованного пакета ротора, так и в отношении шихтованного пакета статора комбинированного магнитного подшипника.
Краткое описание изобретения
Данное изобретение относится к шихтованному сердечнику статора или ротора магнитного подшипника с распределенными постоянными магнитами или распределенными электрическими токами. Шихтованный сердечник содержит плотно упакованный пакет из отдельных плоских пластин, изготовленных из магнитомягкого материала. Эти отдельные пластины обладают топологическим свойством, заключающимся в том, что они гомотопически эквивалентны шару и создают одно полное физическое прерывание контура протекания вихревых токов в плоскости пластин шихтованного сердечника. Плотно упакованный пакет пластин обладает топологическим свойством, заключающимся в том, что он гомотопически эквивалентен кольцу, для того чтобы обеспечить магнитную симметрию. Зона по меньшей мере одного физического прерывания заполняется электрически изолирующим материалом, и:
- вышеупомянутые по меньшей мере одно физическое прерывание в каждом из соседних пластин шихтованного сердечника повернуты относительно друг друга; или
- вышеупомянутый плотно упакованный пакет содержит множество вспомогательных пакетов, в которых позиции по меньшей мере одного физического прерывания во всех соседних пластинах совпадают друг с другом и в которых позиции вышеупомянутого по меньшей мере одного физического прерывания в каждом из вышеупомянутых вспомогательных пакетов повернуты относительно друг друга.
В этом контексте вихревой ток определяется как ток, протекающий через магнитомягкий материал по замкнутому контуру, окружающему шихтованный сердечник.
Гомотопическая эквивалентность между плоской пластиной шихтованного сердечника и шаром означает, что плоская пластина может быть фактически сформирована для образования шара путем использования только операций изгиба, растяжения и/или сжатия. При этом операции отрезания или склеивания не допускаются. Аналогичным образом гомотопическая эквивалентность между плотно упакованным пакетом пластин и кольцом указывает на то, что пакет пластин может быть фактически сформирован таким образом, чтобы он превратился в кольцо за счет применения только операций изгиба, растяжения и/или сжатия.
Под выражением «для создания по меньшей мере одного полного физического прерывания контура циркуляции вихревых токов в плоскости пластин шихтованного сердечника» здесь подразумевается, иными словами, что в плоскости пластин шихтованного сердечника образуется почти полностью замкнутый контур из магнитомягкого материала, охватывающий ротор, с по меньшей мере одним физическим прерыванием контура протекания вихревых токов.
Выражение «почти полностью замкнутый контур из магнитомягкого материала, окружающий ротор» означает контур, который окружает ротор и состоит, по меньшей мере, на 75% из магнитомягкого материала. Или более предпочтительно, чтобы он состоял по меньшей мере на 95% из магнитомягкого материала.
Данное изобретение относится также к способу конструирования шихтованного сердечника для статора или ротора комбинированного радиально-упорного магнитного подшипника, причем этот способ включает в себя следующие этапы:
- изготовление набора плоских пластин шихтованного сердечника из магнитомягкого материала, топологическая форма которых гомотопически эквивалента форме шара;
- расположение первого слоя магнитомягкого материала таким образом, чтобы обеспечивалось по меньшей мере одно физическое прерывание контура протекания вихревых токов;
- поворот и/или сдвиг всех последующих слоев магнитомягкого материала относительно предшествующих им слоев магнитомягкого материала;
- отверждение получившегося в результате набора слоев магнитомягкого материала.
Данное изобретение относится также к способу конструирования шихтованного сердечника для статора или ротора комбинированного радиально-упорного магнитного подшипника, причем этот способ включает в себя следующие этапы:
- изготовление набора плоских пластин шихтованного сердечника из магнитомягкого материала, топологическая форма которых гомотопически эквивалента форме шара;
- расположение первого множества слоев магнитомягкого материала таким образом, чтобы обеспечивалось по меньшей мере одно физическое прерывание контура протекания вихревых токов и чтобы по меньшей мере одна зона физического прерывания контура протекания вихревых токов совпадала с зонами прерывания циркуляции вихревых токов всех соседних слоев;
- расположение последующих множеств шихтованных слоев аналогично расположению первого множества слоев магнитомягкого материала, однако таким образом, чтобы все последующие слои магнитомягкого материала были повернуты относительно их предыдущего множества слоев магнитомягкого материала;
- отверждение получившегося в результате набора слоев магнитомягкого материала.
Благодаря конструированию сердечника статора или сердечника ротора комбинированного подшипника таким образом, циркулирующие вихревые токи, обусловленные изменениями управляющего магнитного потока, не могут возникать. Соответственно потери в подшипнике снижаются, и возрастает эффективность работы аксиального магнитоэлектрического привода.
Краткое описание чертежей
В целях лучшей демонстрации характеристик данного изобретения на основании примера, не ограничивающего рамки изобретения, ниже приводится описание некоторых предпочтительных вариантов реализации шихтованного сердечника статора или ротора комбинированного радиально-упорного магнитного подшипника согласно данному изобретению, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
На фиг. 1 показан вид в разрезе, выполненном в продольной плоскости, половины первого типа комбинированного магнитного подшипника с распределенными постоянными магнитами, согласно уровню техники, предшествующему данному изобретению.
На фиг. 2 показан вид в разрезе, выполненном в продольной плоскости, половины второго типа комбинированного магнитного подшипника с распределенными постоянными магнитами, согласно уровню техники, предшествующему данному изобретению.
На фиг. 3 показан вид в разрезе, выполненном в продольной плоскости, половины третьего типа комбинированного магнитного подшипника с распределенными постоянными магнитами, согласно уровню техники, предшествующему данному изобретению.
На фиг. 4 показан вид в разрезе четырехполюсного радиального магнитоэлектрического привода первого типа комбинированного магнитного подшипника, согласно уровню техники, предшествующему данному изобретению.
На фиг. 5 показан вид в разрезе трехполюсного радиального магнитоэлектрического привода второго типа комбинированного магнитного подшипника, согласно уровню техники, предшествующему данному изобретению.
На фиг. 6 показан вид в разрезе расположенной вдоль окружности 360° пластины шихтованного сердечника четырехполюсного радиального магнитоэлектрического привода комбинированного магнитного подшипника, имеющей прорезь вдоль оси симметрии.
На фиг. 7 показаны все возможные позиции, в которые может быть повернута пластина шихтованного сердечника, изображенная на фиг. 6, с сохранением положений магнитных полюсов.
На фиг. 8 показано распределение линий магнитного поля вблизи от прорези, имеющей тангенциальный размер 0,5 мм, для пакета пластин шихтованного сердечника, состоящего из четырех пластин толщиной 0,35 мм с двусторонним покрытием толщиной 10 мкм.
На фиг. 9 - распределение плотности магнитного потока вблизи прорези, имеющей тангенциальный размер 0,5 мм, для пакета пластин шихтованного сердечника, состоящего из четырех пластин толщиной 0,35 мм с двусторонним покрытием толщиной 10 мкм.
На фиг. 10 показан вид в разрезе расположенной вдоль окружности 360° пластины шихтованного сердечника четырехполюсного радиального магнитоэлектрического привода комбинированного магнитного подшипника, не имеющей прорези вдоль оси симметрии.
На фиг. 11 показаны все возможные позиции, в которые может быть повернута и/или развернута пластина шихтованного сердечника, изображенная на фиг. 10, с сохранением положений магнитных полюсов.
На фиг. 12 показан вид в разрезе расположенной вдоль окружности 360° пластины шихтованного сердечника четырехполюсного радиального магнитоэлектрического привода комбинированного магнитного подшипника, имеющей прорезь вдоль оси симметрии.
На фиг. 13 показаны все возможные позиции, в которые может быть повернута пластина шихтованного сердечника, изображенная на фиг. 12, с сохранением положений магнитных полюсов.
На фиг. 14 показан вид в разрезе расположенной вдоль окружности 360° пластины шихтованного сердечника трехполюсного радиального магнитоэлектрического привода комбинированного магнитного подшипника, не имеющей прорези вдоль оси симметрии.
На фиг. 15 показаны все возможные позиции, в которые может быть повернута и/или сдвинута пластина шихтованного сердечника, изображенная на фиг. 14, с сохранением положений магнитных полюсов.
На фиг. 16 показан вид в разрезе расположенного вдоль дуги окружности 180° сегмента пластины шихтованного сердечника четырехполюсного радиального магнитоэлектрического привода комбинированного магнитного подшипника.
На фиг. 17 показаны все возможные позиции, в которые может быть повернут и/или сдвинут сегмент пластины шихтованного сердечника, изображенный на фиг. 16, с сохранением положений магнитных полюсов.
На фиг. 18 показан вид в разрезе расположенного вдоль дуги окружности 120° сегмента пластины шихтованного сердечника трехполюсного радиального магнитоэлектрического привода комбинированного магнитного подшипника.
На фиг. 19 показаны все возможные позиции, в которые может быть повернут и/или развернут сегмент пластины шихтованного сердечника, изображенный на фиг. 18, с сохранением положений магнитных полюсов.
На фиг. 20 показан вид в разрезе расположенной вдоль окружности 360° пластины шихтованного сердечника, имеющей прорезь, для пакета пластин магнитоэлектрического привода.
На фиг. 21 показан вид в разрезе расположенной вдоль окружности 360° пластины шихтованного сердечника, имеющей фигурную прорезь и изоляционную прокладку.
Подробное описание чертежей
Некоторые виды в разрезе, выполненном вдоль продольной плоскости, существующих типов комбинированных магнитных подшипников показаны на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3. Два возможных вида разрезов, выполненных в радиальной плоскости, существующих типов комбинированных магнитных подшипников показаны на фиг. 4 и фиг. 5. Описаны также альтернативные варианты конструкции, причем все они включают в себя пакет 1 пластин шихтованного сердечника ротора с геометрическим поворотом вдоль оси Х-Х′, пакет 2 пластин шихтованного сердечника статора, ярмо 3 статора, два аксиальных полюса 4а и 4b и по меньшей мере три радиальных магнитных полюса 5. Осевые усилия регулируются с помощью аксиальной управляющей обмотки 6, конструкция которой является симметричной относительно угла поворота. Радиальные усилия регулируются радиальными управляющими обмотками 7. Они намотаны вокруг радиальных магнитных полюсов 5. Если распределенное магнитное поле не генерируется постоянными магнитами 8, оно может генерироваться путем добавления распределенного электрического тока некоторым определенным образом к аксиальному управляющему току или путем подачи распределенного электрического тока на отдельную распределительную обмотку, имеющую симметричную относительно оси вращения форму, а также расположенную вблизи от аксиальной управляющей обмотки 6.
Если ток подается на радиальную управляющую обмотку 7, то магнитный поток начинает распространяться в плоскости пластин шихтованного пакета 2 статора. Магнитный поток, генерируемый электрическим током, подаваемым на аксиальную управляющую обмотку 6, протекает через ярмо 3 статора, затем последовательно проходит в аксиальный магнитный полюс 4а, пересекает зазор по направлению к шихтованному пакету 1 ротора, пересекает зазор по направлению к противоположному осевому полюсу 4b и, наконец, возвращается в ярмо 3 статора. Соответственно, поскольку аксиальный управляющий ток изменяется во времени, изменяющийся во времени магнитный поток пересекает центральное отверстие шихтованного пакета 2 статора. Согласно закону Фарадея-Ленца и закону Ома, вихревые токи индуцируются в пластинах шихтованного пакета 2 статора. Соответственно, целью данного изобретения является физическое прерывание контура протекания этих индуцированных вихревых токов.
Одна из возможностей осуществления этого физического прерывания заключается в выполнении одной прорези в каждой из расположенных вдоль окружности 360° пластин 10 шихтованного пакета 2 статора, как показано на фиг. 6 для случая шихтованного пакета 2 четырехполюсного статора. Понятие 360° указывает на то, что шихтованная пластина проходит вдоль дуги окружности, немного меньшей 360°, ввиду наличия прорези 9. Очевидно, что такая прорезь 9 вызывает на практике значительное тангенциальное напряжение, поскольку ширину прорези менее 0,25 мм обеспечить затруднительно. Следовательно, это приводит отчасти к нарушению магнитной симметрии пластины 10 шихтованного сердечника для радиального управляющего магнитного поля. Гипотетический пакет статора, имеющий только одну пластину 10 шихтованного сердечника, демонстрировал бы значительное снижение эффективности функционирования радиального канала из-за наличия прорези. Однако формирование шихтованного пакета пластин 10 обеспечивает способ, позволяющий избежать этого уменьшения эффективности.
На фиг. 7 показаны все возможные позиции, в которые может быть повернута изображенная на фиг. 9 пластина 10 шихтованного сердечника, расположенная вдоль окружности 360° и имеющая одну прорезь 9, без оказания влияния на положение четырех магнитных полюсов 5. Соответственно, если статор собирается таким образом, что прорези 9 соседних пластин шихтованного сердечника, расположенных вдоль окружности 360°, всегда отделены друг от друга, линия магнитного поля может пересекать прорезь путем отклонения от пластины 10 шихтованного сердечника, расположенной вдоль окружности 360°. Следовательно, ей необходимо дважды проходить через слои покрытия соседних пластин 10 шихтованного сердечника. Основной характерной особенностью в этом случае является то, что слои покрытия пластин шихтованного сердечника могут быть изготовлены намного более тонкими, чем ширина прорези, например 1 мкм вместо по меньшей мере 250 мкм.
На фиг. 8 показан поперечный разрез шихтованного пакета 2 статора, состоящий из четырех пластин 10 шихтованного сердечника. На этом чертеже показан разрез в плоскости, перпендикулярной плоскости пластин 10 шихтованного сердечника и тангенциальной относительно центра пакета, выполненный в положении, когда прорезь 9 сделана в одной из пластин 10 шихтованного сердечника. Распределение линий магнитного поля радиальных управляющих магнитных полей вблизи прорези 9 показано на фиг. 8. В этом конкретном примере пластины 10 шихтованного сердечника имеют толщину 0,35 мм, ширина В прорези 9 составляет 0,5 мм, толщина D покрытия равна 10 мкм, что подразумевает расстояние 20 мкм между частями из магнитомягкого материала (двустороннее покрытие). При приближении линий магнитного поля к прорези 9 они разделяются на две части. Внутри прорези 9 линии магнитного поля практически отсутствуют. Как только линии магнитного поля пройдут через прорезь 9, они вновь смыкаются в исходном листе 10 шихтованного сердечника.
Очевидно, что это влияет на локальную плотность магнитного потока вблизи от выреза 9, как показано на фиг. 9 для шихтованного пакета 2 статора, идентичного изображенному на фиг. 8. Внутри прорези 9 практически не наблюдается линий магнитного поля, что приводит в этом месте практически к нулевой плотности магнитного потока. Это показано линией (DB) на фиг. 9. Когда магнитное поле выходит из зоны прорези и проходит вдоль плоскости пластины шихтованного сердечника, плотность магнитного потока возрастает до своей нормальной величины, что изображено переходом от линии (DB), через линию (LB) и линию (CN), и далее от линии (GR) к линии (YL). В соседних пластинах плотность магнитного потока возрастает при приближении к прорези, что изображено переходом линии (YL), через линию (OR) к линии (RD).
В этом конкретном примере, в котором толщина покрытия является достаточно большой, на плотность магнитного потока оказывается отрицательное влияние только в соседних пластинах 10 шихтованного сердечника. На плотность потока в других пластинах шихтованного сердечника оказывается только небольшое отрицательное воздействие. Теоретически плотность магнитного потока в пластине 10 шихтованного сердечника может локально возрастать до 1,5 раз по сравнению с ее нормальной величиной. Однако, чем меньше величины толщины покрытия, тем более разреженными могут становиться линии магнитного поля, что приводит к дальнейшему уменьшению локальных пиков плотности магнитного потока.
На основании фиг. 8 и фиг. 9 можно также сделать вывод о том, что размер зоны, в которой прорезь 9 оказывает влияние на плотность магнитного потока, не превышает нескольких миллиметров. Соответственно, когда необходимо подавать большие величины радиальных управляющих токов, может возникать магнитное насыщение некоторых участков, но его отрицательное влияние на работу магнитного подшипника будет невелико.
Для того чтобы кардинально восстановить первоначальную магнитную симметрию, рекомендуется равномерно распределить прорези 9 вдоль окружности шихтованного пакета 2 статора. При данных альтернативных позициях расположенных вдоль окружности 360° пластин 10 шихтованного сердечника, изображенных на фиг. 7, имеется возможность, например, изготовить шихтованный пакет 2 статора с повторяющимся расположением четырех пластин шихтованного сердечника, расположенных вдоль окружности 360°. Кратчайшее осевое расстояние между прорезями 10 будет тогда равно четырехкратной толщине пластин 10 шихтованного сердечника.
Расположенные вдоль окружности 360° пластины 10 шихтованного сердечника, изображенные на фиг. 6, имеют прорезь 9, которая совпадает с осью симметрии. Однако это не является обязательным. Напротив, прорезь, не совпадающая с осью симметрии, может рассматриваться как средство для дополнительного увеличения минимального осевого расстояния между прорезями 9. Например, расположенные вдоль окружности 360° пластины 10, изображенные на фиг. 10, шихтованного сердечника, имеющего четыре полюса 5, оснащены прорезью 9, которая не совпадает с осью симметрии. Путем поворота и/или сдвига этой пластины 10, расположенной вдоль окружности 360°, можно получить восемь различных позиций, в которых сохраняется положение магнитных полюсов 5, как показано на фиг. 11. В результате укладки в шихтованный пакет этих пластин образуется магнитно симметричный шихтованный пакет 2 статора с повторяющимся расположением восьми пластин 10 шихтованного сердечника и в то же время с кратчайшим осевым расстоянием между прорезями в восьми пластинах 10 шихтованного сердечника.
На фиг. 12 показана расположенная вдоль окружности 360° пластина шихтованного сердечника только с тремя магнитными полюсами 5, в которой одна прорезь 9 выполнена вдоль оси симметрии. На фиг. 13 показано, что поворот пластины шихтованного сердечника фиг. 12 приводит в результате только к трем различным позициям, в которых сохраняется положение магнитных полюсов 5. После укладки этих пластин в пакет таким образом, что весь шихтованный пакет становится магнитно симметричным, минимальное осевое расстояние между прорезями 9 становится равным толщине трех пластин 10 шихтованного сердечника. В этой конкретной конфигурации линии магнитного поля могут распространяться только на расстоянии одной пластины 10 шихтованного сердечника, в результате возрастание плотности магнитного потока вблизи прорези 9, по всей вероятности, будет около 50%.
Для того чтобы увеличить минимальное осевое расстояние между прорезями 9 в случае, когда пакет 2 статора имеет три магнитных полюса 5, требуется выполнить прорезь 9, которая не совпадает с осью симметрии, как показано на фиг. 14. В этом случае поворот и/или сдвиг пластины 10 шихтованного сердечника, изображенной на фиг. 14, приводит в результате к шести альтернативным позициям прорези 9, с сохранением положения магнитных полюсов 5, как показано на фиг. 15. Кратчайшее осевое расстояние между прорезями 9 тогда будет равно примерно шестикратной толщине пластин 10 шихтованного сердечника.
До настоящего момента приводились примеры, в которых имеется только одна прорезь 9. Однако это не является ограничением. Например, пакет 2 статора с четырьмя магнитными полюсами может быть сконструирован с помощью пластин 11 шихтованного сердечника, расположенных вдоль дуги окружности 180°, как показано на фиг. 16. Когда они расположены соответствующим образом, две такие пластины 11, расположенные вдоль дуги окружности 180°, образуют составную конструкцию 13 пластины шихтованного сердечника, эквивалентную двум прорезям 9. Путем поворота и/или сдвига расположенных вдоль дуги окружности 180° пластин 11 шихтованного сердечника фиг. 16 можно получить четыре варианта расположения, для которых прорези 9 находятся в различных позициях, с сохранением положения магнитных полюсов 5, как показано на фиг. 17. Укладка этих пластин приводит в результате к шихтованному пакету 2 статора с повторяющимся осевым расположением четырех пластин 11, расположенных вдоль дуги окружности 180°, а также с минимальным осевым расстоянием между прорезями 9 четырех пластин 11, расположенных вдоль дуги окружности 180°. Одна из причин выбора такого варианта расположения пластин 11, расположенных вдоль дуги окружности 180°, вместо пластин 10, расположенных вдоль окружности 360° и имеющих одну прорезь 9, заключается в уменьшении отходов производства, например в процессе операции штамповки.
Следует отметить, что составная конструкция 13 пластины шихтованного сердечника, показанная на фиг. 17, имеет две прорези, которые не совпадают с осью симметрии. Если бы они совпадали с осью симметрии, можно было бы получить только два альтернативных варианта расположения. Это менее привлекательно, поскольку это подразумевает возрастание в два раза плотности магнитного потока вблизи прорезей 9. Аналогичная ситуация возникает в случае пластин 12, расположенных вдоль дуги окружности 120° для конструкции с тремя магнитными полюсами 5 и тремя прорезями 9, подобной конструкции, изображенной на фиг. 18. В этом случае можно получить только два возможных варианта расположения при условии, что три прорези 9 не совпадают с осью симметрии, как показано на фиг. 19. Симметричная пластина 12 шихтованного сердечника, расположенная вдоль дуги окружности 120°, не может применяться здесь, поскольку все прорези тогда бы совпадали.
Предыдущее описание было сосредоточено на некоторых альтернативных вариантах конструкции с тремя и четырьмя магнитными полюсами. Однако, не уменьшая общности рассуждений, те же самые идеи можно распространить на конструкции с большим числом магнитных полюсов 5 и даже на конструкции без магнитных полюсов 5.
Пример пластины 10 шихтованного сердечника без магнитных полюсов 5 показан на фиг. 20. Такая конструкция может использоваться, например, для сборки требуемого пакета 1 магнитоэлектрического привода на вращающейся части.
Выполнение одной прорези 9 в пластине 10 шихтованного сердечника, расположенной вдоль окружности 360°, значительно снижает ее механическую прочность. Однако, когда эти пластины собираются в пакет согласно принципам данного изобретения, прочность и механическая целостность получившегося в результате пакета практически не снижается по сравнению со случаем без прорези 9. Если используются составные конструкции из пластин 11, расположенных вдоль дуги окружности 180°, или пластин 12, расположенных вдоль дуги окружности 120°, или другие составные конструкции, то затруднительно, хотя, в принципе, возможно, получить аналогичные механические свойства.
Во всех предыдущих примерах прорезь 9 была выполнена радиально, в случае, когда имеются магнитные полюса, сквозь самую тонкую часть пакета пластин шихтованного сердечника. Идеи данного изобретения не ограничиваются только такими конкретными случаями. Можно представить себе, например, выполнение прорези, проходящей через магнитные полюса 5. Аналогичным образом можно рассмотреть возможность реализации физического прерывания с помощью прямолинейных не радиальных прорезей 9 или даже фигурных прорезей 9. Причина применения не радиальных прорезей может заключаться в дополнительном уменьшении возрастания плотности магнитного потока вблизи прорези. Причина применения фигурных прорезей может заключаться в улучшении конструкционных свойств пакета пластин шихтованного сердечника, когда пакет вращается в процессе работы, или когда пакет собран из пластин 11, расположенных вдоль дуги окружности 180°, или пластин 12, расположенных вдоль дуги окружности 120°. В этих случаях можно рассмотреть, например, выполнение прорези 9, которая имеет форму «ласточкина хвоста», и предпочтительно с установленной внутри прорези дистанционной прокладкой 14 из изоляционного материала, чтобы избежать возможного образования электрического контакта. Эта идея проиллюстрирована на фиг. 21.
Во всех возможных вариантах осуществления данного изобретения, охватываемых настоящим техническим описанием, прорези 9 в соседних слоях шихтованного сердечника никогда не совпадают друг с другом. Это условие может быть несколько ослаблено. Можно собрать требуемый шихтованный пакет 1 магнитоэлектрического привода или пакет 2 статора в качестве набора повернутых и/или сдвинутых друг относительно друга вспомогательных пакетов, в котором каждый вспомогательный пакет представляет собой пакет по меньшей мере двух соседних слоев шихтованного сердечника, отличающийся тем, что некоторые или все прорези 9 в соседних слоях шихтованного сердечника совпадают друг с другом. В этом случае магнитная симметрия может быть сохранена за счет равномерного распределения всего набора прорезей 9 вдоль окружности всего пакета. В результате это приводит к конфигурации, в которой магнитное поле всегда находит путь с низким магнитным сопротивлением вблизи прорези через соседний вспомогательный пакет. Однако, поскольку линии магнитного поля должны пересекать большее число слоев покрытия пластин в этой конфигурации, может быть рассмотрено расположение, имеющее меньше преимуществ. С другой стороны, из конструкционных соображений эта концепция может являться практически реализуемой альтернативой.
Данное изобретение никоим образом не ограничено вариантами реализации шихтованного сердечника, описанными выше или показанными на чертежах, однако такой шихтованный сердечник может быть изготовлен во всех формах и с любыми размерами, не отходя от рамок объема данного изобретения.
Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в снижении потерь в подшипнике и улучшении эффективности работы осевого канала. Шихтованный сердечник комбинированного радиально-упорного магнитного подшипника изготовлен в виде пакета пластин с покрытием, в каждой из которой выполнен по меньшей мере один радиальный вырез. Эти вырезы предотвращают индуцирование вихревых токов, вызываемых изменениями аксиальных управляющих магнитных потоков, протекающих через центральное отверстие шихтованного пакета. Магнитная симметрия сохраняется за счет поворота каждой пластины шихтованного сердечника относительно предыдущей пластины на определенный угол. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 21 ил.
1. Шихтованный сердечник (1-2) статора или ротора комбинированного радиально-упорного магнитного подшипника с распределенными постоянными магнитами или распределенными электрическими токами, в котором вышеупомянутый шихтованный сердечник (1-2) содержит плотный пакет отдельных плоских пластин (10-11-12), изготовленных из магнитомягкого материала, которые имеют топологическое свойство, заключающееся в том, что они гомотопически эквивалентны шару, так что обеспечивается, по меньшей мере, одно физическое прерывание (9) для циркулирующих токов в плоскости пластин, при этом вышеупомянутый плотный пакет обладает топологическим свойством, заключающемся в том, что он гомотопически эквивалентен кольцу, так что обеспечивается магнитная симметрия плотного пакета, причем указанное, по меньшей мере, одно физическое прерывание (9) заполнено электрически изолирующим материалом (14), при этом
- указанное, по меньшей мере, одно физическое прерывание (9) в соседних пластинах (10-11-12) повернуто одно относительно другого; или
- указанный плотный пакет содержит множество подпакетов, в которых во всех соседних пластинах (10-11-12) указанное, по меньшей мере, одно физическое прерывание (9) совпадает, а указанное, по меньшей мере, одно физическое прерывание (9) подпакетов повернуто одно относительно другого.
2. Шихтованный сердечник (1-2) по п. 1, отличающийся тем, что ни одна из вышеупомянутых отдельных пластин (10-11-12) не находится в электрическом контакте с другой пластиной.
3. Шихтованный сердечник (1-2) по п. 1, отличающийся тем, что вышеупомянутое по меньшей мере одно физическое прерывание (9) выполнено в виде разреза в пластине, причем разрез является прямолинейным и радиально ориентированным.
4. Шихтованный сердечник (1-2) по п. 1, отличающийся тем, что вышеупомянутое по меньшей мере одно физическое прерывание (9) выполнено в виде разреза в пластине, причем разрез является прямолинейным и не радиально ориентированным.
5. Шихтованный сердечник по п. 1, отличающийся тем, что вышеупомянутое по меньшей мере одно физическое прерывание (9) выполнено в виде разреза в пластине, причем разрез имеет форму «ласточкина хвоста».
6. Шихтованный сердечник по п. 1, отличающийся тем, что в поперечном сечении вышеупомянутый плотный пакет не имеет магнитных полюсов (5).
7. Шихтованный сердечник (1-2) по п. 1, отличающийся тем, что поперечное сечение вышеупомянутого плотного пакета имеет более одной пластины (11-12).
8. Способ конструирования шихтованного сердечника для статора или ротора комбинированного радиально-упорного магнитного подшипника, характеризующийся тем, что включает в себя следующие этапы
- изготовление из магнитомягкого материала набора плоских пластин (10-11-12), топологическая форма которых гомотопически эквивалентна форме шара,
- выполнение первого слоя из магнитомягкого материала таким образом, чтобы обеспечить, по меньшей мере, одно физическое прерывание (9) для индуцируемых циркулирующих токов,
- поворот и/или разворот всех последующих слоев магнитомягкого материала относительно предыдущих слоев магнитомягкого материала,
- отверждение получившегося в результате набора слоев магнитомягкого материала.
9. Способ конструирования по п. 8, отличающийся тем, что электрически изолирующий материал (14) размещают внутри вышеупомянутого по меньшей мере одного физического прерывания (9).
10. Способ конструирования шихтованного сердечника для статора или ротора комбинированного радиально-упорного магнитного подшипника, характеризующийся тем, что включает в себя следующие этапы
- изготовление из магнитомягкого материала набора плоских пластин (10-11-12), топологическая форма которых гомотопически эквивалентна форме шара,
- сборка первого подпакета путем расположения первого множества слоев из магнитомягкого материала таким образом, чтобы обеспечить на каждый слой пластин, по меньшей мере, одно физическое прерывание (9) для индуцируемых циркулирующих токов и чтобы указанные, по меньшей мере, одно физическое прерывание во всех соседних слоях пластин совпадали друг с другом,
- сборка последующих подпакетов путем расположения последующих множеств слоев магнитомягкого материала таким же образом, как в первом подпакете с первым множеством слоев магнитомягкого материала, но таким образом, чтобы все последующие подпакеты с их множеством слоев магнитомягкого материала были повернуты и/или развернуты относительно предшествующего им подпакета с множеством слоев магнитомягкого материала,
- отверждение получившегося в результате набора слоев магнитомягкого материала.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что электрически изолирующий материал (14) располагают внутри указанного, по меньшей мере, одного физического прерывания (9).
| US 5514924 A, 07.05.1996 | |||
| ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА | 1996 |
|
RU2126196C1 |
| Устройство для сдвига информации | 1984 |
|
SU1173447A1 |
| US 6268874 B1, 31.07.2001 | |||
| US 2009026851 A1, 29.01.2009 | |||
