Система магнитного подвеса ротора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1 У 735 А ц 5 Г 16 С 39/О ОСУДАРСТВЕН АЛЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ю ф К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский энергетический институт(54) СИСТЕМА МАГНИТНОГО ПОДВЕСАРОТОРА(57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам бесконтактногоподвеса вращающихся тел. Целью изобре 1 ения является уменьшение габаритов и энергопотребления, а также повышение быстродействия. Система магнитного подвеса ротора содержит две радиальные электромагнитные опоры 1 и две аксиальные электромагнитные опоры 2. Статоры 3 и 5 и подвижные элементы 6 и 9 радиальных и аксиальных опор соединены магнитопроводами 4 и 8, В магнитной цепи статоров 3 и 5 установлены постоянные магниты 10, Аксиальные опоры 2 выполнены со статором 5, образующим два аксиальных зазора с подвижным элементом 9. Обмотка 18 управления этой опоры 2 выполнена кольцевой с осью, ориентированной вдоль оси ротора 7.2 з.п. ф-яы, 10 ил.5 10 20 30 35 40 45 50 Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактному магнитному подвесу роторов машин и механизмов.Известны системы магнитного подвеса роторов, содержащие радиальные магнитные опоры с постоянными магнитами и обмотками управления, подключенными к блоку управления, управляемые по сигналам датчиков радиального положения.Недостатком известных систем магнитного подвеса является отсутствие активного управления, обеспечивающего демпфирование колебаний ротора в аксиальном направлении.Известна система магнитного подвеса ротора, содержащая постоянные магниты, установленные на неподвижном элементе, с обмотками аксиального управления и подвижный элемент с концентрическими пазами, аналогичными таким же пазам на неподвижном элементе. Две обмотки управления подключены к блоку автоматического управления.Недостатком такой системы является слабое демпфирование и малая жесткость в радиальном направлении. Кроме того, конструкция системы подвеса не позволяет ее использование при отсутствии отверстия в маховиках, роторах турбомашин, гироскопов и т,п., поскольку это снижает функциональные возможности системы.Наиболее близкой к предлагаемой является система магнитного подвеса ротора, содержащая радиальные и аксиальные магнитные опоры, неподвижные элементы которых - статоры с обмотками управления подключены к соответствующим каналам блока автоматического управления, соединенным с соответствующими датчиками положения ротора, подвижные элементы магнитных опор размещены на роторе.Недостатками такой системы магнитного подвеса являются значительные габариты и большое энергопотребление, а также низкое быстродействие из-за значительной величины индуктивности обмоток управления.Целью изобретения является уменьшение габаритов и энергопотребления, а также повышение быстродействия системы подвеса.указанная цель достигается тем, что система магнитного подвеса ротора содержит подвижные элементы и статоры радиальных электромагнитных опор с полюсами и аксиальных электромагнитных опор, обмотки уп равления статоров подключены к соответ. ствующим каналам блока автоматического управления, соединенным с соответствующими датчиками положения ротора, снабжена магнитопроводом, соединяюЩим статоры радиальных и аксиальных опор, магнитопроводом, соединяющим подвижные элементы радиальных и аксиальных опор, и постоянными магнитами, расположенными в цепи магнитопровода, соединяющего статоры, причем каждая аксиальная опора выполнена с одним статором, образующим с подвижным элементом два аксиальных зазора; симметричных относительно середины подвижного элемента, а обмотка управления каждой аксиальной опоры выполнена кольцевой с осью, ориентированной вдоль оси ротора. Статоры радиальных опор при этом более целесообразно выполнять с четырьмя полюсами, Статоры аксиальных опор могут быть выполнены с кольцевым пазом, обращенным к подвижному элементу, между стенками которого расположен кольцевой подвижный элемент, а на дне паза - обмотка управления.На фиг.1-3 представлены системы магнитного подвеса ротора с радиально расположенными полюсами стэторов радиальных электромагнитных опор, продольные разрезы; на фиг.4 - 5 то же, с аксиально расположенными полюсами радиальных электромагнитных опор; на фиг.6 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.7- разрез Б-Б на фиг.5; на фиг.8 - радиальная электромагнитная опора с круглым сечением аксиально расположенных полюсов, продольное сечение; на фиг,9 - статор электромагнитной опоры, вид с торца; на фиг,10 - аксиальная электромагнитная опора с указанием магнитных потоков, создаваемых постоянным магнитом (или магнитами) и обмоткой управления, продольный разрез. Система магнитного подвеса ротора (фиг.1) содержит две радиальные электромагнитные опоры 1 и две аксиальные электромагнитные опоры 2. Статор 3 каждой радиальной опоры 1 соединен магнитопроводом 4 со статором 5 аксиальной опоры 2. Подвижный элемент 6 радиальной опоры 1, установленный на роторе 7, соединен магнитопроводом 8 с подвижным элементом 9 аксиальной опоры 2, также размещенным на роторе 7, В магнитной цепи статоров 3 иб системы подвеса в разрезе магнитопровода 4 установлены магниты 10, намагниченные в аксиальном направлении. Статоры 3 радиальных опор 1 выполнены с радиально расположенными полюсами 11, Для приведения ротора 7 во вращение установлен электродвигатель 12 со статором 13 и активной частью 14, размещенной на роторе 7.Система подвеса содержит также. дат- ток под тем полюсом 11, к которому прибличики 15 радиального положения и датчики зился подвижный элемент 6 ротора 7. Та 16 аксиального положения ротора 7.Датчи- ким образом, симметрия действующих на ки 15 и 16 через блок автоматического уп- ротор 7 сил нарушится и подвижный элеравления (не показано) подключены к 5 мент ротора 7 поддействием большей сисоответствующимобмоткам 17 и 18 управ- лы, развиваемой потоком магнита 10 под ления статоров 3 и 5 опор 1 и 2, Аксиаль- противоположным полюсом 11, от которого ные опоры 2 выполнены со статором 5, подвижный элемент 6 ротора 7 удаляется, образующим два аксиальных зазора, сим- начнет движение в сторону, противополож-метричных относительно середины по нуюначальномусмещению.движного элемента 9, а обмотка 18 Смещение ротора 7 в аксиальном науправления каждой аксиальной опоры 2 вы- правлении фиксируется датчиками 16 аксиполнена кольцевой с осью, ориентирован- ального положения. Сигнал датчиков 16 ной вдоль оси ротора 7. через блок управления подается на обмот 15 ку 18 управления и в ней формируется токСИстема магнитного подвеса ротора мо- управления такого направления, чтобы пожетбыть выполнена(фиг.2) соднойаксиаль- ток Фоб, созданный им, уменьшил суммарнойопорой 2 идвумярадиальнымиопорами ный поток в одном воздушном зазоре 1 при несимметричном размещении их от- междустатором 5 и подвижным элементом носительно электродвигателя 12. 20 9 и увеличил в другом зазоре, В зазоре сРадиальные опоры 1 и аксиальные опо- большим магнитным потоком создается ры 2 могут быть размещены радиально от- сила, под действием которой подвижный носительно друг друга (фиг.3), причем элемент 9 ротора 7 начнет движение в стомагнит 10 выполнен срадиальнымнаправ- рону, противоположную начальному смелением намагниченности, Радиальные опо щению.ры 1 могут быть выполнены с аксиально В магнитных опорах 1 и 2 потоки Ф 1, расположенными полюсами 11 (фиг.4 и 5). Фг и Фоеобмоток 17 и 18 управленияобесНаиболее целесообразно выполнение ста- печивают только перераспределение пото- торов 3 радиальных опор 1 с четырьмя по- ков в зазорах и чем больше поток Фм люсами 11 (фиг.6 и 7), а, кроме того, сечение 30 магнитов 10, тем меньше необходимая МДС аксиально расположенных полюсов 11 вы- обмоток 17 и 18 управления и соответственполнять круглым для уменьшения длины но меньше потребляемая мощность, либо витка обмотки 17 управления. при той же мощности меньше постояннаяСтаторы 5 аксиальных опор 2 могут быть времени обмоток 17 и 18 управления, а, слевыполнены с кольцевым пазом 19,обращен довательно, больше быстродействие систеным к подвижному элементу 9, который вы- мы магнитного подвеса. Уменьшение полнен в виде диска 20 и размещен между габаритов достигнуто также за счет налистенками паза 19, в котором расположена чия только одного статора 5 аксиальной кольцевая обмотка 18 управления. опоры 2.Система магнитного подвеса работает 40следующим образом. Формула изобретенияМагнитный поток Ф м постоянного магнита 10, проходя по магнитопроводу 4, по. Система магнитного подвеса ротора, люсам 11 радиальной опоры 1, подвижному содержащая подвижные элементы и статоэлементу 6, магнитопроводу 8, подвижному 45 ры радиальных электромагнитных опор с элементу 9 и статору 5 аксиальной опоры 2, полюсами и аксиальных электромагнитных создает в зазорах опор магнитное поле и опор, обмотки управления электромагнит- соответственно одинаковые и противопо- ных опор, подключенные к соответствую- ложно направленные в зазорах силы притя- щим каналам блока автоматического жения при центральном положении ротора 50 управления, соединенного с соответствую. Смещение ротора 7 в радиальном направ- щим датчиками положения ротора, о т л илении фиксируется датчиками 15 радиаль-ч а ю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения ного положения. Сигнал датчиков 15 через габаритов и энергопотребления, а также поблокавтоматическогоуправления подается вышения быстродействия системы, она на обмотки 17 управления и в соответствии 55 снабжена магнитопроводом, соединяющим с направлением и величиной смещения ро- статоры радиальных и аксиальных опор, тора 7 в них формируется ток управления магнитопроводом, соединяющим подвиж- такого направления, чтобы потоки Ф и Ф 2, ные элементы радиальных и аксиальных созданные им, уменьшили суммарный по- опор, и постоянными магнитами, располо1719735 3 женными в цепи магнитопровода, соединяющего статора, причем каждая аксиальная опора выполнена с одним статором, образующим с подвижным элементом два аксиальных зазора, симметричных относительно середины подвижного элемента, а обмотка управления каждой аксиальной опоры выполнена кольцевой с осью, ориентированной вдоль оси ротора. 2, Система по п.1, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что число полюсов статора радиальных опор выполнено равным четырем,3. Система по п.1 и 2, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что статоры аксиальных опор выполнены с кольцевым пазом, между стенками которого расположен кольцевой подвижный элемент, а на дне паза - обмотка управления.1719735 иг.10 Составитель В.Ларин едэктор Ю.Середа Техред ММоргентал Корректор Э.ЛончаковаПроиэводственн тельскиА комбинат "йэтент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101. Заказ 756 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4(5