Электромагнитная опора Советский патент 1993 года по МПК F16C32/04 

Изобретение может быть использовано в машиностроении и относится к области прикладной электромеханики, в частности к устройствам, предназначенным для поддер- жания, как вращающихся, так и не вращающихся деталей во взвешенном состоянии, например, для бесконтактной подвески ро- TCJPOB, валов, шпинделей и т.д., вращающихся с любой угловой скоростью.

j Известны электромагнитные опоры (ЗМО), представляющие собой электромаг- подшипник (ЭМП), имеющий коль- статор с несколькими полюсами. ка|ждый полюс которого имеет катушку с об- мфткой подмагничивания и катушку с обмоткой управления и магнитопроводящий ротор.

Недостатком известных опор является повышенное энергопотребление обмотками подмагничивания и управления.

Известная конструкция опоры содержит магнитопроводящий статор, состоящий из ярма, равномерно расположенных по окружности восьми полюсов, ротора. В соос- ном положении величина рабочего зазора (6ц) между ротором и полюсами статора по длине окружности постоянна. Каждый полюс имеет катушку с обмоткой подмагничивания и катушку с обмоткой управления положением ротора по соответствующим координатам.

ы ш а со

Ы

Недостатком известной конструкции опоры ЭМ является повышенный расход электроэнергии в обмотках катушек управления при стабилизации соосности, вращающегося магнитопроводящего ротора во время эксплуатации.

Сущность изобретения состоит в следующем (фиг.2):

Конструкция ЭМО включает магнито- проводящий ротор 3, размещенный с зазором относительно магнитопроводящего статора 4, состоящего из ярма 1 и симмет- ричнно размещенными относительно координатной оси парами полюсов 2 с внутренними криволинейными поверхностями 7. Каждый полюс 1 имеет две катушки с обмотками: обмотку подмагничивания 6 и обмотку управления 5. Внутренняя поверхность каждой пары полюсов выполнена криволинейнойс образованием неравномерного по окружности зазора с ротором, при этом у краев полюсов с соседними парами полюсов зазор минимален, а вблизи координатной оси симметрии каждой пары полюсов зазор максимален.

На фиг.1 изображена конструкция ЭМО с равномерно расположенными по окружности полюсами статора и постоянным по длине окружности рабочим зазором между ротором и полюсами статора в состоянии соосности; на фиг,2 - конструкция ЭМО с неравномерным по окружности рабочим зазором между ротором и каждой парой полюсов статора; изображен частный случай: число полюсов р 8, а расточка внутренней поверхности каждой пары полюсов выполнена по окружности радиуса г, центр которой находится на оси симметрии, не совпадающем с центром соосности (изобретение).

Как показано на фиг.2, ЭМО содержит магнитопроводящий ротор 3, магнитопро- водящий статор 4, состоящий из ярма 1 и симметрично размещенными относительно координатной оси парами полюсов 2. Каждый полюс 2 имеет две катушки с обмотками: обмотку подмагничивания 6 и обмотку управления 5. Внутренняя поверхность 7 каждой пары полюсов выполнена криволинейной с образованием неравномерного по окружности зазора с ротором, при этом у краев полюсов с соседними парами зазор минимален,, а вблизи координатной оси симметрии ОУ каждой пары полюсов зазор максимален, т.е. величина зазора увеличивается от (Змин до б макс по длине дуги от периферии к оси симметрии ОУ. С целью уменьшения потерь в опоре ЭМ на вихревые токи и увеличения быстродействия статор выполнен из набора шихтованных

й

пластин, а магнитопроводящий ротор - из набора шихтованных колец. При этом чередование полярности полюсов (если статор содержит более одной пары полюсов) обес5 печивается соответствующим подключением обмоток полюсных катушек, причем полюса, примыкающие к участку магнито- провода между парами полюсов, имеют одинаковую полярность.

Ю Опора ЭМ работает следующим образом. Обмотки подмагничивания обеспечивают необходимую растяжку ротора (магнитную) и тем самым определяют рабочую точку на кривой намагничивания стали,

15 которая обеспечивает заданный интервал регулирования электрического тока в обмотках управления положением ротора. При отклонении магнитопроводящего ротора от положения равновесия возникают сигналы,

20 подающиеся на обмотку управления соответствующей координаты, электрический ток в обмотке управления изменяется по величине, и электромагнитная сила возврата увеличивается, и ротор возвращается в

25 положение равновесия.

Сравнительный анализ работы прототипа (фиг,1) и ЭМО изобретения (фиг.2) покат зывает, что при отклонении ротора от положения равновесия (А 0) при наличии

30 электрического тока в обмотках подмагничивания сила притяжения ротора к полюсам статора в заявляемой конструкции значительно ниже, чем в прототипе, в связи с чем требуется и формирование меньших по ве35

личине сил возврата ротора в исходное положение, что потребует и меньших затрат электроэнергии на формирование этих сил возврата.

Для большей наглядности преимущества заявляемой конструкции рассмотрим вариант сравнения при равенстве магнитной проводимости рабочего зазора прототипа и заявляемой конструкции. Этот вариант сравнения наиболее целесообразен, т.к. в данном случае речь идет об экономии электрической энергии, затрачиваемой на возврат ротора в исходное положение при его отклонении от соосности. Условием же равенства потребляемой энергии в положении равновесия (Д 0) является равенство магнитных проводимостей рабочих зазоров.

Расчет проводилея при следую щих исходных данных частного случая, когда внутренняя расточка каждой пары полюсов выполнена по окружности радиуса г, центр которой лежит на оси симметрии и отстоит от центра соосности на величину Ј :

для прототипа: г 150,6 мм; гр 150мм; бн 0,6 мм, р 8; г гр + (5Н;

для предложенной конструкции по заявке: г 150,1 мм; гр 150 мм, (5Мин

Д о

0,55534 мм. (We 0,63743 мм, р 8, е

А о

0,548 мм, 3прив. 0.6 мм, ( (5прив. - приведенный зазор).

В обеих конструкциях: высота полюсов 59 мм, осевая длина статора L 50 мм, материал магнитопровода: сталь ЭЗЗО ГОСТ 21427.0-75.

Удельные параметры, относительно которых были проведены расчеты: . AR

К1

го зазора; FR

- магнитная проводимость рабоче4

К2

- равнодействующая сила притяже(я, действующая на одном полюсе;

Ь- К2

FR

- проекция равнодействующей притяжения

dr.

F«i

К2

на направление оси

сумма всех проекций равнодей-

- сумма всех проекций равнодей- К2

ствующих сил притяжения, действующих на 4- полюсах, на ось ОУ для прототипа;

j Fy2

К2

ствующих сил притяжения, действующих на 4-х полюсах, на ось ОУ для конструкции по заявке;

Ki, Кг - размерные константы соответствующих параметров; |Fyl Fy2 . foo % - эффек

тивность или относительный выигрыш вуп- равляющих силах, т.е чем выше эта величина, тем требуется меньший расход электрической энергии на создание управ- ля ощих электромагнитных сил.

Показатель экономии электроэнергии заиисит от крутизны кривой намагничива

ния стали, т.е. от выбора используемого магнитного материала ЭМО. Как правило, одновременно не удается совместить в одном магнитном материале и требование высокой прочности при больших угловых скоростях вращения, и требование необходимых магнитных свойств материала. Отсюда и возможность получения широкого диапазона получаемой экономии электроэнергии в

зависимости от выбора магнитного матери- ала ЭМО.

В данном случае существенным является то, что заявленная конструкция ЭМО

обеспечивает маньшую силу притяжения ротора к полюсам статора при отклонении ротора от положения соосности. И именно это уменьшение силы притяжения приводит к тому следствию, которое ведет к достаточности создания меньших управляющих сил, необходимых для возврата ротора в исходное положение, а это ведет к меньшему потреблению электроэнергии на переходных режимах работы ЭМО.

Таким образом, использование изобретения позволит существенно повысить надежность ЭМО при минимальном расходе электроэнергии по сравнению с прототипом.

Формула изобретения Электромагнитная опора, содержащая магнитопроводящий ротор, размещенный с зазором относительно магнитопроводяще- го статора с симметрично размещенными относительно координатных осей полюсами, на которых расположены обмотки под- магничивания и обмотки управления для каждой пары соседних полюсов, отличающаяся тем, что поверхность каждого полюса статора выполнена криволинейной с образованием неравномерного по окружности зазора между ротором и полюсами статора, причем у краев полюсов с

соседней парой полюсов зазор минимален, а вблизи координатной оси симметрии каждой пары полюсов - максимален.

AS3

фе/г.2

л

1838682

У