Магнитная опора для стабилизации положения вала Советский патент 1987 года по МПК F16C32/04 

Изобретение относится к опорам для стабилизации положения вала.

Целью изобретения является улучше- ние эксплуатационных характеристик и упрощение конструкции,

На фиг, 1 представлена магнитная опора для вращающегося вала; на фиг. 2 - пример использования предлагаемой магнитной опоры в системе опор с пассивной постоянно магнитной радиальной опорой.

Магнитная опора содержит вал 1 и корпус 2, в котором расположены электрические катушки 3 и 4. С электрическими катушками 3 и 4 соединена система датчиков 5 положения вала 1 с регулятором 6, На валу 1 вдоль его оси смонтированы упорные диски 7 и 8, расположенные по отношению друг к другу с зазором 9. По цилиндрическим поверхностям упорных дисков 7 и 8 размещены постоянные магниты 10 и 11 с осевой намагниченностью. В зазоре 9 между постоянными магнитами 10 и 11 и в корпусе 2 между электрическими катушками 3 и 4 смонтирована пластина 12 из ненамагничиваемого материала с высокой электропроводимостью, охватывающая вал 1 с зазором. Периферийная часть 13 пластины у корпуса выполнена утолщенной.

Корпус 2 может быть выполнен в виде цилиндрической втулки из материала с высокой магнитной проводимостью с загнутыми внутрь бортами 14 и 15, параллельными валу 1.

Магнитные поля, возникающие при протекании тока, кольцевыми электрическими катушками 3 и 4 создают при противоположно направленном прохождении тока в катушках осевое усилие, которое в зависимости от направления тока в катушках воздействует в одном или в другом направлении аксиально на вал 1 и упорные диски 7 и 8,

Система датчиков 5 выдает электрические сигналы, пропорциональные отклонениям вала от его заданного осевого положения. Сигналы системы датчиков 5 усиливаются регулятором 6 и определяют направление и силу тока в катушках 3 и 4. Вызываемое благодаря этому с помощью катушек осевое усилие на упорные диски протйводейстfO

5

20

25

Между рабочими поверхностями 16 и 17 полюсов постоянных магнитов 10 и 11 создается интенсивньш магнитный поток. Выходящий из поверхностей 16 и 17 полюсов магнитный поток пронизывает в направлении 18 потока входящую внутрь зазора 9 пластину 12 так, что йри радиальном движении вала 1 в пластине 12 наводится напряжение. Тем самым, находящаяся внутри зазора 9, часть пластины 12 представляет источник напряжения, причем величина наведенного напряжения пропорциональна радиальной скорости движения подвижной части опоры.

Выходящая из зазора 9 часть пластины 12 не пронизывается магнитным потоком. В этом свободном от магнитного поля пространстве не наводится никакого электрического напряжения. С помошью этой внешней части пластины 12 замыкается накоротко источник напряжения, созданньш в зоне пласти- .ны, находящейся внутри зазора. Связанные с протекающим при этом током короткого замыкания потери энергии получаются из энергии движения вращающегося тела и уменьшают ее, причем пластина 12 нагревается. Чтобы создать во внешней зоне пластины 12 в свободном от магнитного поля пространстве, возможно малое электрическое сопротивление. Периферийная часть 13 пластины 12 имеет вне зазо- 35 ра 9 утолщение. Благодаря этому утолщению могут быть достигнуты в пластине 12 значительные токи короткого замыкания, ведущие при одинаковом по величине наведенном напряжении к существенно большей мощности демпфирования по сравнению с неутолщенными пластинами.

Расположение кольцевых постоянных магнитов 10 и 11 в последовательном соединении ведет к оптимальному КПД для катушек 3 и 4, которые корректируют отклонения Bajgta, Магнитный момент высококоэрцитивного постоянно магнитного материала таков, что ему не причиняется вреда ни магнитными полями катушек 3, 4, ни магнитным полем, проникающим извне элемента опоры.

Корпус 2 из материала с высокой

30

40

45

50

вует осевому отклонению вала 1 из за- магнитной проводимостью образует маг- данного положения, измеряемому систе- . нитный экран элемента опоры, которьй, мой датчиков 5. При достижении задан- с одной стороны, защищает от внешних ного положения ток больше не течет. возмущающих магнитный полей, и, с

5

0

5

Между рабочими поверхностями 16 и 17 полюсов постоянных магнитов 10 и 11 создается интенсивньш магнитный поток. Выходящий из поверхностей 16 и 17 полюсов магнитный поток пронизывает в направлении 18 потока входящую внутрь зазора 9 пластину 12 так, что йри радиальном движении вала 1 в пластине 12 наводится напряжение. Тем самым, находящаяся внутри зазора 9, часть пластины 12 представляет источник напряжения, причем величина наведенного напряжения пропорциональна радиальной скорости движения подвижной части опоры.

Выходящая из зазора 9 часть пластины 12 не пронизывается магнитным потоком. В этом свободном от магнитного поля пространстве не наводится никакого электрического напряжения. С помошью этой внешней части пластины 12 замыкается накоротко источник напряжения, созданньш в зоне пласти- .ны, находящейся внутри зазора. Связанные с протекающим при этом током короткого замыкания потери энергии получаются из энергии движения вращающегося тела и уменьшают ее, причем пластина 12 нагревается. Чтобы создать во внешней зоне пластины 12 в свободном от магнитного поля пространстве, возможно малое электрическое сопротивление. Периферийная часть 13 пластины 12 имеет вне зазо- 5 ра 9 утолщение. Благодаря этому утолщению могут быть достигнуты в пластине 12 значительные токи короткого замыкания, ведущие при одинаковом по величине наведенном напряжении к существенно большей мощности демпфирования по сравнению с неутолщенными пластинами.

Расположение кольцевых постоянных магнитов 10 и 11 в последовательном соединении ведет к оптимальному КПД для катушек 3 и 4, которые корректируют отклонения Bajgta, Магнитный момент высококоэрцитивного постоянно магнитного материала таков, что ему не причиняется вреда ни магнитными полями катушек 3, 4, ни магнитным полем, проникающим извне элемента опоры.

Корпус 2 из материала с высокой

0

0

45

50

другой стороны, также предотвращает возмущающее магнитное влияние на соседние устройства в окружении магнитной опоры, возникающее из-за сильного магнитного поля самой магнитной опоры.

Специальное применение магнитной опоры (фиг, 2) показывает пассивную постоянно магнитную опорную систему для маховика 19 с двумя пассивными постоянно магнитными радиальными опорами 20 и 21, имеющими известным образом постоянные магниты 22 и 23 с радиально отталкивающим (радиальная

10

цевых бортов 4 и 15 опоры, которые выполняются преимущественно из железа.

Радиальное демпфирование создается с помощью пластины 12 и ненамагничиваемого материала с хорошей электропроводимостью, преимущественно из меди, стационарно установленной между постоянными магнитами 10 и И опоры. При радиальных движениях вала опоры в участках пластины 12, пронизываемых магнитным потоком, наводятся электрические напряжения,

Таким образом, магнитная опора

опора 20) или с аксиально притягиваю- -5 обеспечивает бесконтактные противощим (радиальная опора 21) действием. В примере исполнения постоянные магниты 22 расположены стационарно, постоянные магниты 23 образуют с валом 1 и маховиком 19 в качестве роторной 20 системы движущуюся часть опоры. Такая система магнитных опор для роторной системы имеет в своем нейтральном положении, т,е, тогда, когда поддействующие или центрирующие усилия и демпфирующие усилия в трех независимых друг от друга направлениях оси (одно осевое, два радиальных).

Формула изобретения

1, Магнитная опора для стабилизации положения вала, содержащая вал

вижные постоянные магниты 23 занима- и корпус, в котором расположены злекют в направлении оси вала 1 симметричную позицию относительно стационарных постоянных магнитов 22, значительную осевую нестабильность, которая выводит роторную систему в одну или другую сторону из нейтрального положения. Эта нестабильность устраняется магнитной опорой 24, которая управляется системой датчика 5 позиций с регулятором 6 таким же образом, 35 ДРУГ к другу упорными дисками, по как и описываемая (фиг. 1),

Магнитная опора содержит единственный, торроидально замкнутый постоянно магнитный контур. Прохождение потока (фиг, l) отмечено замкнутыми линиями, обозначающими направление 18 потока.

Регулятор обеспечивает получение демпфирующих усилий, которые противодействуют независимо от соответст- 45 вующих осевых позиций всем осевым движениям, в особенности осевым колебаниям упорных дисков опоры.

Радиальное центрирование упорных

дисков по отношению к бортам 14и1550 чающая опоры обеспечивается близким противо- состоянием одинаковых по форме поверхностей полюсов постоянных магни- тов 10 и 11 и намагничиваемых кольцилиндрическим поверхностям которы размещены постоянные магниты с осе вой намагниченностью, а таюке смон тированной в корпусе между электри ческими катушками, размещенной в зазоре между постоянными магнитами и охватывающей вал с зазором пласт ной из ненамагничиваемого материал с высокой электропроводимостью,

2.Опора поп, 1, отличающая с я тем, что периферийная часть пластины у корпуса выполнена утолщенной,

3,Опора попп, 1и2, отли

с я тем, что корпус вы полнен в виде цилиндрической втулки из материала с высокой магнитной проницаемостью с загнутыми внутрь бортами, параллельными валу.

цевых бортов 4 и 15 опоры, которые выполняются преимущественно из железа.

Радиальное демпфирование создается с помощью пластины 12 и ненамагничиваемого материала с хорошей электропроводимостью, преимущественно из меди, стационарно установленной между постоянными магнитами 10 и И опоры. При радиальных движениях вала опоры в участках пластины 12, пронизываемых магнитным потоком, наводятся электрические напряжения,

Таким образом, магнитная опора

обеспечивает бесконтактные противодействующие или центрирующие усилия и демпфирующие усилия в трех независимых друг от друга направлениях оси (одно осевое, два радиальных).

Формула изобретения

1, Магнитная опора для стабилизации положения вала, содержащая вал

и корпус, в котором расположены злектрические катушки, а также соединенную с ними систему датчиков положения вала, регулятор и постоянные магниты, отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик и упрощения конструкции, она снабжена по меньшей мере двумя смонтированными на валу вдоль его оси с зазором по отношению

ДРУГ к другу упорными дисками, по

чающая

цилиндрическим поверхностям которых размещены постоянные магниты с осевой намагниченностью, а таюке смонтированной в корпусе между электрическими катушками, размещенной в зазоре между постоянными магнитами и охватывающей вал с зазором пластиной из ненамагничиваемого материала с высокой электропроводимостью,

2.Опора поп, 1, отличающая с я тем, что периферийная часть пластины у корпуса выполнена утолщенной,

3,Опора попп, 1и2, отлис я тем, что корпус выполнен в виде цилиндрической втулки из материала с высокой магнитной проницаемостью с загнутыми внутрь бортами, параллельными валу.

Редактор Н, Гунько

as2

Составитель Т, Хро1« ва Техред М.Моргентал

Заказ 907/64Тираж 760

ВНИИПИ Государственного комитета СССР .

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35,.Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор. М, .Демчик

Подписное