Электрическая машина с магнитным подвесом ротора Советский патент 1983 года по МПК H02K5/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокоскоростных элёктрошпинделях, микротурбодетандерах, гидроскопах и т.д.

Известен электродвигатель с магнитным подвесом ротора/ в котором радиальная стабилизация ротрра осуществляется в поле постоянных магнитов за счет зубчатого строения активных поверхностей подвеса, а осевая стабилизация - по системе авторегулирования, для чего используются, электромагнитная катушка и вихревой датчик осевого перемещения. Датчик осевого перемещения установлен в неполвижном корпусе против конца вала ротора. В качестве аварийных опор применены шарикопод 1шпники 1 .

Недостатком такой конструкции яв ляется -наличие шарикоподшипниковых опор, существенно усложняющих конструкцию двигателя и ужесточающих требования к технологии его изготовления (посадочные места, заплечники и т.д.) В то же время при такой схеме подвеса аварийные опоры требуются для, фиксации ротора лишь в осевом направлении, так как в радиальном направлении при отключении осевой системы регулирования ротор будет стабилизироваться зубцами в поле постоянных магнитов.

«

Целью изобретения является упрощение конструкции электрической машины путем использования в качестве аварийной опоры датчика осевого перемещения .

10

Указанная цель достигается тем что в электрической машине с магнитным подвесом ротора, содержащей укрепленные в корпусе и аварийные опоры, установленный на валу ро15тора, радиальное стабилизирующее устройство в виде укрепленных на валу зубчатых дисков и взаимодействующих с ними постоянных магнитов, укрепленных в корпусе, магнитный демпфер ра20диальных колебаний и осевое стабилизирующее устройство с установленным на валу датчиком осевого перемещения, на обращенной к валу поверхности датчика осевого перемещения имеется за25щитный длой из твердого материала, например сапфира, а обращенная к датчику торцовая поверхность вала «ыполнена из электропроводного немагнитного материала, в центре которой под30вижно установлен шарик.

Постоянные магниты выполнены в виде секторов.

На чертеже изображен высокоскоросной электрошлнндель с магнитным подт весом ротора.

Электрошпиндель содержит статор 1 пакет 2 ротора, вал 3 ротора и устройство магнитного подвеса ротора. Радиальное стабилизирующее устройство выполнено в виде дисков 4 - 7 с зубчатой формой активных поверхностей, установленных на валу ротора, и ответных дисков 8 - 13, установленных в неподвижном корпусе 14. В электрошпинделе имеется, например, четыре чисто радиальных стабилизирую щих устройства, в которых Магнитное поле создается постоянными магнитами 15 - 18, состоящими из двух секторов, укрепленных на ответных дисках 8-13, и одно радиальное стабилизирующее устройство, совмещенное с. системой осевой стабилизации 19. В этой системе магнитное поле создается злектромагнитными катушками 20 и 21, ток в которых регулируется еле дящей системой 22 в зависимости от положения ротора в осевом направлении. Для контроля за положением ророта на его валу 3 против конца 23 установлен датчик осевого перемещения 24 вихревого типа. Датчик осевого перемещения 24 одновременно осуществляет функцию и осевой аварийной опоры. Для этого над его активной торцовой поверхностью 25 введен защитный слой 26 в виде покрытия твердым материалом, например сапфиром (). Конец 23 вала 3 ротора выполнен в виде немагнитной, но элекропроводной поверхности с укрепленным подвижно в центре шариком 27. В рабочем режиме ротор шпинделя подвешен в магнитном поле и не касается неподвижных частей. В аварийном режиме при нарушении работы системы осевой стабилизации, например обрыв в цепи катушек 20 и 21,;.ротор шпинделя под действием сил одностороннего электромагнитного притяжения в радиальных стабилизирующих устройствах вследствие асимметричного расположения ротора в статоре начнет смещаться в осевом направлении и в результате конец 23 вала 3 ротора упрется в торец датчика осевого перемещения 24. Благодаря малому трению в опоре и действию крутящего момента от накопленной ротором кинетической энергии ротор может вращаться длительное время без повреждений. На валу 3 ротора размещен демпфер радиальных колебаний, состоящий из укрепленного, на валу 3 ротора немагниргного, но электропроводного диска 28, расположенного между двумя кольцами постоянных магнитов 29 и 30, укрепленных в неподвижном корпусе 14.

Применение изобретения позволяет упростить конструкцию электрической машины, ее сборку и изготовление.

Формула изобретения

1.Электрическая машина с магнитным подвесом ротора, содержащая укрепленные в корпусе статор и аварийные опоры, установленный на валу ротор, радиальное стабилизирующее устройство в виде укрепленных на валу . зубчатых дисков и взаимодействующих

р ними постоянных магнитов, укрепленных в корпусе, магнитный демпфер радиальных колебаний и осевое стабили- зирующее устройство с установленным на валу датчиком осевого перемещения, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции путем использования последнего в качестве аварийной опоры, на обращенной к валу поверхности датчика осевого перемещения имеется защитный слой из твердого материала, например сапфира, а обращенная к датчику торцовая поверхность вала выполнена изэлектропроводного немагнитного материала, в центре которой подвижно установлен шарик.

2.Электрическая машина по п 1, отличающаяся тем, что постоянные магниты выполнены в В1эде секторов .

Источники инфося ации, ,ринятые во внимание при экспертизе 1. American Institute of Aeronautics and Astronautics paper. 1974, № 899, p.l-lO.

2Р