Магнитная опора и способ ее изготовления Советский патент 1992 года по МПК F16C32/04 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным опорам с постоянными магнитами, и может быть использовано в подвесе роторов высокоскоростных машин.

Известны магнитные опоры, содержащие кольцевые постоянные магниты, намагниченные радиально и установленные с противоположным чередованием направления намагниченности в разных опорных элементах напротив друг друга

Недостатком таких магнитных опор является то, что центрирующая сила определяется разностью противоположно направленных в плоскости взаимодействия сил отталкивания магнитов Вследствие этого жесткость таких опор невелика, и, кроме того, они сложны в изготовлении

Известен также способ изготовления магнитных опор, состояющий в изготовлении постоянных магнитов кольцевой формы, намагничивании магнитов в радиальном направлении, изготовлении немагнитных оси и корпуса, установке магнитов в корпусе и на

оси с чередованием направлений намагниченности.

Недостатком такого способа изготовления магнитных опор является сложность технологии изготовления из-за того, что при намагничивании кольцевых магнитов в радиальном направлении мал выход годных, так как при намагничивании много магнитов разрушается из-за внутренних напряжений.

Известны также магнитные опоры, содержащие коаксиальные опорные элемен- ты, установленные с чередованием по оси на неподвижной и подвижной частях опоры, постоянные магниты, намагниченные радиально и установленные с противоположным чередованием направления намагниченности по радиусу в разных опорных элементах. Магниты установлены между магнитопрово- дами кольцеобразной формы, которые в разных опорных элементах обращены друг к другу торцами. Магниты и магнитопроводы каждого опорного элемента укреплены в наружной и внутренней кольцевых обоймах из немагнитного материала.

Х|

сл

00

о

00

со

Известен также способ изготовления магнитных опор, состоящий в изготовлении магнитов соответствующей формы (в данном случае кольцевой), намагничивании магнитов, изготовлении магнитопроводов и немагнитных обойм, сборке магнитов с маг- нитопроводами и установке их в обоймах.

Известное техническое решение наиболее близко изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Недостатком такой опоры и способа ее изготовления является их сложность, поскольку кольцевые постоянные магниты из редкоземельных металлов с кобальтом выполнить с радиальной намагниченностью весьма сложно из-за большого разброса остаточной намагниченности, а также из-за возник- новения значительных внутренних механических напряжений в кольцах при намагничивании, приводящих к появлению трещин или разрушению хрупких магнитов из этого материала.

Кроме того, для обеспечения большей жесткости целесообразно выполнять как можно больше взаимодействующих блоков (пар) магнитов с магнитопроводами в опорных элементах, поскольку изменение магнитной энергии происходит по краям магнитопроводов. При этом необходимо выполнять магниты с малой высотой, а технологически возможно выполнять магниты высотой не менее 1,5-2,0 мм.

Поскольку кольца магнитов приходится вырезать из колец большего диаметра методом электродуговой обработки, производительность которого невелика, а кроме того, получается значительный отход материала магнитов по изложенным причинам, то усложняется технология и повышается расход материала.

Цель изобретения - упрощение конструкции и технологии изготовления.

Указанная цель достигается тем, что в магнитной опоре, содержащей коаксиальные опорные элементы, установленные с чередованием по оси на неподвижной и подвижной частях опоры, постоянные магниты, намагниченные радиально и установленные с противоположным чередованием направления намагничивания по радиусу в разных опорных элементах, магнитопрово- ды кольцеобразной формы, обращенные в разных опорных элементах друг к другу торцами и между которыми установлены магни- ты, причем магнитопроводы каждого опорного элемента закреплены в наружной и внутренней кольцевых обоймах из немагнитного материала, каждый из коаксиальных опорных элементов выполнен в виде равномерно размещенных по окружности

кольцевых участков с совпадением осей симметрии магнитопроводов и магнитов.

При этом пространство между магнитопроводами и кольцевыми участками может

быть заполнено электропроводящим немагнитным материалом.

Способ изготовления такой опоры включает, как и известный, изготовление магнитов соответствующей формы, намаг0 ничивание магнитов, изготовление магнитопроводов и немагнитных обойм магнитов с магнитопроводами и установку их в обоймы. Отличие предлагаемого способа в том, что для упрощения технологии изготовления

5 магнитопроводы изготавливают из полос, с двух сторон полосы устанавливают с интервалами магниты, намагничивают их в одинаковом направлении, после намагничивания магнитов полосы магнитопроводов с магни0 тами сгибают в виде гофра, располагая магниты друг над другом при совмещении их осей намагничивания, и придают магнито- проводам дугообразную форму.

Целесообразно постоянные магниты

5 изготовлять с одинаковым размером длинной стороны и размещать их на полосах магнитопроводов с изменяющейся величиной интервала между магнитами.

Можно постоянные магниты размещать

0 на полосах магнитопроводов с изменяющимся размером длинной стороны магнита вдоль полос.

Можно изготовить магниты в виде частей кольца разного радиуса.

5Постоянные магниты могут быть изготовлены в виде призм из эластичного материала.

На фиг. 1 представлена опора, продольный разрез; на фиг, 2 - опорный элемент

0 опоры, продольный разрез; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг, 2; на фиг, 4 и 5 - схема размещения дугообразных магнитов с разным радиусом на полосе магнитопровода с неравными интервалами между ними; на

5 фиг. 6 - схема размещения одинаковых призматических магнитов на полосе магнитопровода с неравномерными промежутками между ними; на фиг. 7 - схема размещения дугообразных магнитов с раз0 ной длиной дуги и радиусом с равномерными интервалами между магнитами; на фиг. 8 - кольцевой участок опоры с согнутой полосой магнитопровода в виде гофра и по дуге окружности.

5 Магнитная опора содержит неподвижный 1 и подвижный 2 коаксиальные опорные элементы, состоящие из кольцевых участков 3, в которых установлены постоянные магниты 4 и магнитопроводы 5, выполненные в виде частей колец. Магниты 4

намагничены радиально и установлены с противоположным чередованием направления намагниченности по радиусу опоры в разных опорных элементах 1 и 2. Магниты 4 установлены между магнитопроводами 5. Магнитопроводы 5 в разных опорных элементах 1 и 2 обращены друг к другу торцовыми поверхностями. Кольцевые участки 3 с магнитами 4 и магнитопроводами 5 укреплены в наружной 6 и внутренней 7 кольцевых обоймах из немагнитного материала. Кольцевые участки 3 равномерно размещены по окружности опорных элементов 1 и 2.

Магнитопроводы 5 и магниты 4 установлены в кольцевых участках 3 с совпадением осей симметрии, Пространство между магнитопроводами 5 и кольцевыми участками 3 может быть заполнено электропроводным немагнитным материалом 8, образующим демпферную систему опоры. Электропроводящий материал 8 может представлять собой систему проводников, соединенных между собой, например, пайкой, сваркой, или может быть выполнен в виде сплошной заливки.

Способ осуществляют следующим образом.

Изготавливают постоянные магниты 4 соответствующей формы, например в виде одинаковых (фиг. 6) призм из эластичного материала (магнитопласт), изготавливают Магнитопроводы 5 в виде полос, кольцевые немагнитные обоймы 6 и 7 Устанавливают на полосах магнитопроводов 5 с разными интервалами между собой постоянные магниты 4 по разные стороны полос магнитопроводов 5. После этого магниты 4 намагничивают в намагничивающем устройстве (не показано) в одинаковом направлении. Затем полосы магнитопроводов4 5 сгибают по дугам окружности, а также в виде гофра в интервалах между магнитами 4 таким образом, чтобы магниты 4 располагались друг над другом с совмещением их осей намагничивания, т е их осей симметрии. После этого полученный гофр сгибают по дуге окружности вдоль полосы магнитопроводов 5 и обрезают его загнутые части, т.е. вершины гофра. Полученные сборки частей колец 3 размещают равномерно по окружности и укрепляют в обоймах 6 и 7.

Интервалы между магнитными призмами могут быть легко подсчитаны, исходя из геометрических соображений при известных после проектировании размерах полосы магнитов, их числа по формуле

:, 0,5л:(пп + Пм) + 0,5 (((гь + i hM) + +0 + 0,5) -hn-M(1)

где IM - длина магнита;

hn - толщина магнитопровода;

hM - толщина магнита;

I - порядковый номер магнита; а- угол участка, рад,

Заполнение пространства между маг- нитопроводэми 5 и частями колец 3 электропроводящим материалом 8 может быть осуществлено любым известным способом, например заливкой или соединением частей проводников пайкой, сваркой и т.п.

Постоянные магниты 4 могут быть изготовлены в виде частей колец с разной длиной дуги и разным радиусом и размещены на полосах магнитопроводов 5 с одинаковыми интервалами (фиг. 7) друг относительно друга и с нарастанием (убыванием) длины дуги постоянных магнитов, после чего обжимают Магнитопроводы 5 по дуге магнитов, а затем осуществляют сгибание гофра и участков 3 по дуге окружности. Длина дуги магнитов 4 и радиус могут быть определены по формуле

25

1м а г,,

(2)

30

где г, гь + i hn + (I + 0,5) пм.

Интервалы между магнитами определяются по формуле

t 0,5 л:(пп + hM)

(3)

Постоянные магниты 4 могут быть также изготовлены в виде призм из эластичного

материала с разным размером длинной стороны и размещены вдоль полосы магнйто- проводов 5 с одинаковым интервалом друг относительно друга с нарастанием (убыванием) размера длинной стороны. Ее размер

может быть определен по формуле

IM + i hn+ 0 + 0,5) пм. (4)

Магниты А могут быть изготовлены в виде частей колец с одинаковой длиной дуги (фиг 4 и 5 ) и с разным радиусом и установлены на полосах ма-гнитопроводов 5 с разными интервалами между магнитами, которые могут быть определены по формуле (1). Магнитопроводы при этом устанавливают с нарастанием (или убыванием) длины дуги и радиуса. В этом случае после установки магнитов 4 и намагничивания их магни- топроводы 5 обжимают по дуге магнитов 4, а потом сгибают в виде гофра.

Магнитная опора работает следующим образом.

При соосном положении опорных элементов 1 и 2 существует только осевая сила

притяжения между ними. При радиальном смещении опорных элементов 1 и 2 возникает изменение магнитных проводимостей по краям магнитопроводом 5, а следовательно, и изменение магнитной энергии зазоров.

Это обусловливает наличие центрирующей силы, стремящейся привести систему к минимуму магнитной энергии зазора, к максимуму магнитной проводимости между магнитопроводами 5 двух опорных элементов 1 и 2. Чем больше смещение, тем больше сила в пределах одной четверти толщины магнитопроводов. Далее сила будет уменьшаться и поменяет знак при смещении более половины толщины магнитопроводов 5

Формула изобретения 1. Магнитная опора, содержащая коаксиальные опорные элементы, установленные с чередованием по оси на неподвижной и подвижной частях опоры, постоянные магниты, намагниченные радиально и установленные с противоположным чередованием направления намагничивания по радиусу в разных опорных элементах, магнитопрово- ды кольцеобразной формы, обращенные в разных опорных элементах друг к другу торцами и между которыми установлены магниты, причем магнитопроводы каждого опорного элемента закреплены в наружной и внутренней кольцевых обоймах из немагнитного материала, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, каждый из коаксиальных опорных элементов выполнен в виде равномерно размещенных по окружности кольцевых участков с совпадением осей симметрии магнитопроводов и магнитов.

2.Опора поп. 1,отличающаяся тем, что пространство между магнитопроводами и кольцевыми участками заполнено электропроводящим немагнитным

материалом.

3.Способ изготовления магнитной опоры, состоящий в изготовлении магнитов соответствующей формы, намагничивании магнитов, изготовлении магнитопроводов и

немагнитных обойм магнитов с магнитопро- водамм и установке их в обоймы, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, магнитопроводы изготавливают из полос, с двух сторон полосы устанавливают с интервалами магниты, намагничивают их в одинаковом направлении, после намагничивания магнитов полосы магнитопроводов с магнитами сгибают в виде гофра, располагая магниты друг над

другом при совмещении их осей намагничивания и придают магнитопроводам дугообразную форму.

4 Способ по п. 3, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что постоянные магниты изготавливают с одинаковым размером длинной стороны и размещают их на полосах магнитопроводов с изменяющейся величиной интервала между магнитами.

5.Способ по п. 3, отличающийся тем, что постоянные магниты размещают на

полосах магнитопроводов с изменяющимся размером длинной стороны магнита вдоль полос.

6.Способ по пп. 3-5, отличающий- с я тем. что магниты изготавливают в виде

частей кольца разного радиуса

7.Способ по пп. , отличающий- с я тем, что постоянные магниты изготавливают в виде призм из эластичного материала.

ч

№

-j ся со о со со

Ч

Л

fj

Использование: в бесконтактных опорах роторов и валов. Сущность изобретения: коаксиальные опорные элементы состоят из кольцевых участков (У) в которых установлены постоянные магниты (М) и магнитопроводы, М намагничены ради- ально с чередованием направления намагниченности. У установлены в немагнитных обоймах. Пространство между магнито- проводами и У заполнено электропроводящим немагнитным материалом. Изготовление опоры заключается в изготовлении М, магнитопроводов в виде полос, обойм. М устанавливают с интервалами по разные стороны полос, намагничивают М в одинаковом направлении, после чего полосы сгибают в виде гофра, совмещая оси намагничивания М, а гофр сгибают по дуге окружности вдоль полосы 6 з п. ф-лы, 8 ил.

Фиг.

срхг В