Электрическая машина с магнитным подвесом ротора Советский патент 1985 года по МПК H02K5/00 F16C32/04 

I11 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокоскоростных элактрошпинделях и приводах молекулярных вакуумных насосов, а также в гидроскопах, микротурбоДетандерах, маховичных накопителях энергии и в других устройствах в которых используется магнитньй подвес ротора. Известна машина с электромагнитным :подвесом ротора, содержащая радиальное стабилизирующее устройство в виде кольца, расположенного на роторе, и системы расположенных на статоре катушек, наводящих в кольце них ревые токи при питании этих катушек от специального многофазного преобра зователя 1 , Недостатки этой машины - большая сложность и малая надежность радиаль ного стабилизирующего устройства. Наиболее близка,по технической сущности к изобретению электрическая машина с магнитным подвесом ротора, содержащая статор, ротор, осевое стабилизирующее устройство и радиаль ное стабилизирующее устройство в виде расположе.нного на роторе диска с двусторонними кольцевыми выступами, расположенных с двух сторон от него закрепленных на статоре дисковых магнитопроводов, имеющих кольцевые выступы, обращенные к диску, расположенному на роторе, и электромагнит, соединенный с магнитопроводами статора 2. Однако известная машина имеет малую радиальную жесткость магнитного подвеса вследствие значительного шун тирования магнитного потока в воздушных зазорах между кольцевыми выст расположенных пами статора и ротора, под углом 90 по отношению к направл нию смешения ротора. Это приводит к радиальным биениям ротора, из-за чего снижается точность машины. Цель изобретения - повьш1ение точности и надежности машины путем увел чения радиальной жесткости магнитног подвеса. Указанная цель достигается тем, что в электрической машине с магнитным подвесом ротора, содержащей статор, ротор, осевое стабилизирующее устройство и радиальное ста бш1изирую щее устройство, состоящее из расположенного нароторе диска с двусторо ними кольцевыми выступами, расположе 6 ных с двух сторон от этого диска и закрепленных на статоре магнитопроводов с тангенциальными выступами, и магнита, соединенного с указанными магнитопроводами, выступы каждого магнитопровода вьтолнены в виде двух противолежащих секторов, причем выступы одного магнитопровода смещены на 90 относительно выступов другого. На фиг.1 изображен высокоскоростной электрошпиндель с магнитным подвесом ротора; на фиг.2 и фиг.З - магнитопроводы с выступами в виде секторов. Электрошпиндель содержит статор 1, пакет ротора 2, .вал 3 ротора, аварийные опоры 4 и устройство магнитного подвеса ротора. Радиальное стабилизирующее устройство, выполнено из закрепленных на статоре магнитопроводов , вьпюлнр.нных в виде дисков 5 и б с тан генциальными выступами, ряды которых расположены через 90 в виде секторов 5 О и 6 Ц, а сами диски развернуты на 90 один против другого так, tiTo ряды выступов одного диска располагаются вдоль оси X, а другого - вдоль оси У, роторного магнитопровода 7 и постоянного кольцевого магнита 8, взаимодействующего с магнитопроводами 5 и 6. Осевое стабилизирующее устройство 9, состоящее из двух расположенных один против другого концентричньк электромагнитов 10, между которыми вращается диск 11 из магнитомягкого материала. Против торца установлен индуктивный датчик 12 осевого смещения ротора, связанный с электронным блоком 13 управления электромагнитами и блоKoii 14 питания. В рабочем режиме ротор шпинделя подвешер в магнитном поле и удерживается от осевьк смещений осевым электромагнитным стабилизатором, при этом ротор не касается неподвижных частей. В аварийном режиме, при нарушении работы системы осевой стабилизации, например обрыв в цепи катушек электромагнитов 10, ротор шпинделя сядет на аварийные опоры 4р. При отсутствии радиального смещения ротора выступы роторного магнитопровода 7 расположены против выступов дисков 5 и 6. При этом сопротивление магнитному потоку минимально и ротор находится в равновесии. Если какое-либо возмущение переместит ротор, например, в направлении

оси X, то зазоры между диском 5 и роторным магнитопроводом 7 возрастут вследствие чего возникнет возвращающее усилие, направленное также по оси X. Вдоль оси У в это время зазоры не меняются и никаких усилий не возникает.

Аналогичная реакция будет при появлении вынужденного смещения по оси У, зазоры при этом изменяются между диском 6 и статорным магнитопроводом, а возвращающее усилие направлено по (Зси У.

При смещении ротора в произвольно направлении возникают возвращающие усилия вдоль обеих осей, причем их равнодействующая противоположна по направлению смещению ротора.

Шунтирование магнитного потока, которое в известной машине приводиSa

ло к, снижению величины возвращаннцего усилия и этим уменьшало радиальную жесткость ротора, в изобрё- ении устг раняется отсутствием на поверхности статорных магнитопроводов тех участков выступов, где зазор не изменяется при смещении ротора.

Применение изобретения позволит повысить жесткость радиального маг0нитного подвеса примерно в tO раз, благодаря чему повышается такйсе надежность и рабочая частота вращения привода. Кроме того, указанная разработка позволит решить многие технические вопросы, связанные с разработками различных конструк1(ий, включающих магнитные подвесы ротора, как, например, создание безмасляного турбомолекулярного насоса и .др.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С МАГНИТНда ПОДВЕСОМ РОТОРА, содержащая статор, ротор, осевое стабилизирующее устройство и радиальное стабилизирукмцее устройство, состоящее из расположенного на роторе диска с двусторонними кольцевыми выступами, размещенных с двух сторон от этого диска и закрепленных на статоре магнитопроводов с тангенциальными выступами, и магнита, соединенного с указанными магнитопроводами, о тличающаяся тем, что, с целью повьшения точности и надежности машины путем увеличения радиальной жесткости магнитного подвеса, выступы каждого магнитопровода выполнены в виде двух противолежащих секторов, причем выступы одного магнитопро- вода смещены на 90 относительно выступов другого.