Электромагнитная опора

)5 Р 16 С 32 БРЕТЕН ы:д Р АТЕНТУ аг- няя ы- неи ов ма 7,Ф 7) Сущность изо ная опора содер ротор, размещен но магнитопрово рично размещ к)ординатных ос бретени жит ма ый с за дящего енным ей полю я; электромагнитгнитопроводящий зором относительстатора с симмети относительно сами, на которых гнитопроводящий рой уп ления Известны электро(ЭМО), представляющиенитный подшипник (ЭМцвой статор с несколкаждый полюс которогом)ткой подмагничивания магнитные опоры собой электромаг- П), имеющий кольькими полюсами, имеет катушку с оби катушку с обмотГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОРЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)( 1) 5039922/27 ( 2) 19.03.92 ( 6) 30,08,93, Бюл, 3 Ф 32 ф 6) В,М,Смирнов и В.Д.Воронцов ф 6) Патент США ЬЬ 4500142, кл, 308-10,19Патент США М 4511190, кл. 308 1978.Авторское свидетельство СССР ф 1177567, кл. Р 16 С 32/04, 1985. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ОПОРА Изобретение может быть использовано в машиностроении и относится к области п(икладной электромеханики, в частности к устройствам, предназначенным для поддержания, как вращающихся, так и не вращающихся деталей во взвешенном состоянии, например, для бесконтактной подвески ротсров, валов, шпинделей и т.двращающихс)1 с любой угловой скоростью. расположены обмотки подмагничивания иобмотки управления. Новым в электромнитной опоре является то, что внутренрасточка каждой пары полюсов статора вполнена криволинейной с образованиемравномерного зазора между роторомполюсами статора, причем у краев полюсс соседней парой полюсов зазор минилен, а вблизи координатной оси симметриикаждой пары полюсов зазор максимален.Повышаются экономические показаелипри работе электромагнитной опоры за счетснижения электромагнитных сил притяжения ротора к полюсам статора при его отклонении в любом направлении от положенияравновесия и наличии тока в обмотках подмагничивания, 2 ил. тор.Недостатком известных опор является повышенное энергопотребление обмотка- й ми подмагничивания и управления. СОИзвестная конструкция опоры содерит магнитопроводящий статор, состоящийярма, равномерно расположенных по окружности восьми полюсов, ротора. В соосном положении величина рабочего зазора ф (д,) 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.Недостатком известной конструкции опоры ЗМ 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 магнитопроводящий ротор 3, размещенный с зазором относительно магнитопроводящего статора 4, состоящего иэ ярма 1 и симметричнно размещенными относительно координатной оси парами полюсов 2 с внутренними криволинейными поверхностями 7. Каждый полюс 2 имеет две катушки с обмотками; обмотку подмагиичивания б и обмотку управления 5, Внутренняя поверхность каждой пары полюсов выполнена криволинейной с 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 магии гопроводящий ротор 3, магнитопроводящий статор 4, состоящий из ярма 1 и симметрично размещенными относительно координатной оси парами полюсов 2, Каждый полюс 2 имеет две катушки с обмотками: обмотку подмагиичиваиия б и обмотку управления 5, Внутренняя поверхность 7 каждой пары полюсов выполнена криволинейной с образованием неравномерного по окружности зазора с ротором, пои этом у краев полюсов с соседними парами зазор минимален,. а вблизи координатной оси симметрии ОУ каждой пары полюсов зазор максимален, т,е. величина зазора увеличиваетсл от джинн до д нс по длине дуги от периферии к оси симметрии ОУ. С целью уменьшения потерь в опоре ЭМ на вихревые токи и увеличения быстродействия статор выполнен иэ набора шихтованиых пластин, а магнитопроводящий ротор - иэнабора шихтоваииых колец, При этом чередование полярности полюсов (если статорсодержит более одной пары полюсов) обес 5 печивается соответствующим подключением обмоток полюсных катушек, причемполюса, примыкающие к участку магнитопроеода между парами полюсов, имеютодинаковую полярность."0 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 интервалрегулирования электрического тока в обмотках управления положением ротора, При отклонении магнитопроводящего ротора отположения равновесия возникают сигналы,20 подающиеся иа обмотку управления соответствующей координаты, электрическийток в обмотке управления изменяется повеличине, и электромагнитная сила возврата увеличивается, и ротор возвращается в25 положение равновесия.Сравнительный анализ работы прототипа (фиг,1) и ЭМО изобретения (фиг,2) пока-.зывает, что при отклонении ротора отположения равновесия (Ь) 0) при наличии30 электрического тока в обмотках подмагничивания сила притяжения ротора к полюсамстатора в заявляемой конструкции значительно ниже, чем в прототипе, в связи с чемтребуется и формирование меньших по ве 35 личине сил возврата ротора в исходное положение, что потребует и меньших затратэлектроэнергии на формирование этих силвозврата,Для большей наглядности преимущест 40 ва заявляемой конструкции рассмотрим вариант сравнения при равенстве магнитнойпроводимости рабочего зазора прототипа изаявляемой конструкции. Этот вариантсравнения наиболее целесообразен, т.к. в45 данном случае речь идет об экономии электрической энергии, затрачиваемой на возврат ротора в исходное положение при егоотклонении от соосности. Условием же равенства потребляемой энергии в положении50 равновесия ( Ь= 0) является равенство магнитных проводимостей рабочих зазорое,Расчет проводилея при следующих исходных данных частного случая, когда внутренняя расточка каждой пары полюсоввыполнена по окружности радиуса г, центркоторой лежит на оси симметрии и отстоитот центра соосности на величину я;для прототипа: г = 150,6 мм; гр = 150 мм;дн = О,б мм, р = 8; г = гр + дн, 1838682для предложенной конструкции по заявке; г = 150,1 мм; гр = 150 мм, дминЬ=о 0,55534 мм дк = 0,63743 мм, р = 8, е =А=о =0,548 мм, дпри. = 0,6 мм, ( дприв, привеенный зазор).В обеих конструкциях: высота полюсов 59 мм, осевая длина статора= 50 мм,атериал магнитопровода: сталь ЭЗЗО ГОСТ 21427,0-75,Удельные параметры, относительно кот рых были проведены расчеты:Дя-- магнитная проводимость рабочеК 1 г зазора; Гкравнодействующая сила притяжеКг н я, действующая на одном полюсе;Гу - - - проекция равнодействующей сиК 2ЕР л притяжения на направление осиКг в у - сумма всех проекций равнодейК 2 с вующих сил притяжения, действующих на 4 полюсах, на ось ОУ для прототипа; Е)2- сумма всех проекций равнодейК 2 с вующих сил притяжения, действующих на 4- полюсах, на ось ОУ для конструкции по з явке;К 1, Кг - размерные константы соответст ующих параметров;РяК К Е .- ЗПО Ъ - ,М. ОКг ти ность или относител ьный вы игры ш в упр вляющих силах, т,е чем выше эта величина, тем требуется меньший расход эл ктрической энергии на создание управля щих электромагнитных сил,Показатель экономии электроэнергииза исит от крутизны кривой намагничивания стали, т,е, от выбора используемого магнитного материала ЭМО, Как правило, одновременно не удается совместить в одном магнитном материале и требование высо кой прочности при больших угловых скоростях вращения, и требование необходимых магнитных свойств материала. Отсюда и воэможность получения широкого диапазона получаемой экономии электроэнергии в 10 зависимости от выбора магнитного материала ЭМО. В данном случае существенным является то, что заявленная конструкция ЭМО15 обеспечивает маньшую силу притяженияротора к полюсам статора при отклоненииротора от положения соосности. И именноэто уменьшение силы притяжения приводитк тому следствию, которое ведет к достаточ 20 ности создания меньших управляющих сил,необходимых для возврата ротора в исходное положение, а это ведет к меньшему потреблению электроэнергии на переходныхрежимах работы ЭМО,25Таким образом, использование изобретения позволит существенно повысить надежность ЭМО при минимальном расходе электроэнергии по сравнению с прототи пом,Формула изобретения Электромагнитная опора, содержащаямагнитопроводящий ротор, размещенный с зазором относительно магнитопроводяще го статора с симметрично размещеннымиотносительно координатных осей полюсами, на которых расположены обмотки подмагничивания и обмотки управления для каждой пары соседних полюсов, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что поверхность каждогополюса статора выполнена криволинейной с образованием неравномерного по окружности зазора между ротором и полюсами статора, причем у краев полюсов с 45 соседней парой полюсов зазор минимален, а вблизи координатной оси симметрии каждой пары полюсов - максимален, 1838682