Радиальный магнитный подшипник для магнитной опоры ротора



Радиальный магнитный подшипник для магнитной опоры ротора
Радиальный магнитный подшипник для магнитной опоры ротора
Радиальный магнитный подшипник для магнитной опоры ротора
Радиальный магнитный подшипник для магнитной опоры ротора
Радиальный магнитный подшипник для магнитной опоры ротора
Радиальный магнитный подшипник для магнитной опоры ротора

 


Владельцы патента RU 2538835:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к радиальному магнитному подшипнику для магнитной опоры ротора (5). Радиальный магнитный подшипник (1”) выполнен в виде разноименнополюсного подшипника и имеет статор (2), при этом статор (2) имеет магнитно-проводящий расположенный с прохождением вокруг ротора (5) статорный элемент (4), при этом элемент (4) на своей обращенной к ротору (5) стороне (12) имеет проходящие в осевом направлении (Х) статорного элемента (4) выемки (10), в которых расположены электрические провода (8а, 9а) катушек (8, 9). Катушки (8, 9) предназначены для создания магнитных полей, которые удерживают с зависанием ротор (5) в расположенном между ротором (5) и статором (2) воздушном зазоре (7). Провода (8а, 9а) расположены в выемках (10) так, что в выемках (10) между проводами (8а, 9а) и воздушным зазором (7) остается свободное пространство. В свободном пространстве расположен магнитно-проводящий наполнительный элемент. Технический результат: за счет конструктивных мер в переходах от одного магнитного полюса к другому магнитному полюсу достигается более мягкое прохождение проходящей в радиальном направлении составляющей плотности магнитного потока, что приводит к уменьшению индуцированных в роторе вихревых токов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к радиальному магнитному подшипнику для магнитной опоры ротора. Радиальные магнитные подшипники служат для магнитной опоры роторов в радиальном направлении.

На фиг.1 показан схематично в разрезе обычный радиальный магнитный подшипник 1. Радиальный магнитный подшипник 1 имеет неподвижно расположенный статор 2. Статор 2 имеет корпус 3 и статорный элемент 4, который может состоять, например, из сплошного материала или из множества расположенных в осевом направлении Х статора друг за другом металлических листов. Статорный элемент 4 является магнитно-проводящим и состоит, например, из ферромагнитного материала. Статорный элемент 4 расположен с прохождением вокруг ротора 5. Ротор 5 состоит из магнитно-проводящего материала, такого как, например, ферромагнитный материал. Ротор 5 соединен без возможности проворачивания с валом 6. Вал 6 может быть, например, валом электродвигателя или электрогенератора. При этом вал 6 вращается во время работы электродвигателя или электрогенератора вокруг оси Z вращения.

Радиальный магнитный подшипник 1 имеет на своей обращенной к ротору 5 стороне 12 статорного элемента 4 проходящие в осевом направлении Х статорного элемента 4 выемки, при этом для ясности на фиг.1 лишь одна выемка снабжена позицией 10. При этом выемки открыты на своей обращенной к ротору стороне и тем самым реализованы в виде канавок. При этом выемки имеют в рамках показанного на фиг.1 примера выполнения трапециевидное поперечное сечение, что, однако, необязательно. В выемках проходят электрические провода катушек, при этом позициями 8а и 9а для ясности обозначены лишь два провода. Провода расположены в выемках. За счет выемок в статорном элементе 4 образованы зубцы, при этом для ясности лишь один зубец обозначен позицией 18. При этом катушки расположены вокруг зубцов, причем ток проходит через провода катушек так, что возникают магнитные северные полюсы N и магнитные южные полюсы S. При этом величина зубцов может быть различной, что, однако, необязательно, и зубцы могут быть все одинакового размера. Кроме того, количество зубцов может быть также различным от одного радиального подшипника к другому радиальному подшипнику.

На фиг.2 показан статорный элемент 4 с проходящими вокруг зубцов катушками в упрощенной изометрической проекции. При этом для упрощения количество выемок и тем самым количество зубцов уменьшено, а величина всех зубцов показана идентичной. Одинаковые с фиг.1 элементы обозначены на фиг.2 теми же позициями. Для ясности лишь обе катушки 8 и 9, а также электрические провода 8а и 9а катушек 8 и 9 обозначены позициями. Провода катушек проходят в выемках и вокруг зубцов и образуют тем самым катушки. При этом провода обычно представлены в виде проводов обмоток.

Как показано на фиг.1, катушки создают магнитные поля, которые удерживают ротор 5 с зависанием в расположенном между ротором 5 и статором 2 воздушном зазоре 7. Таким образом, катушки предназначены для создания магнитных полей. Для управления магнитными полями радиальный магнитный подшипник 1 имеет управляющее устройство 14, которое соответствующим образом управляет катушками для создания магнитных полей, т.е. подает в них ток, что обозначено стрелкой 15 на фиг.1. При этом радиальный магнитный подшипник 1 имеет датчики для распознавания положения ротора, которые для ясности не изображены на фиг.1 и которые передают положение ротора в воздушном зазоре 7 для управления с помощью управляющего устройства 14 катушками, что изображено на фиг.1 с помощью стрелки 16. Управляющее устройство 14 содержит регулировочные элементы для регулирования проходящих через катушки электрических токов. Радиальный магнитный подшипник 1 служит для магнитной опоры ротора 5 и тем самым соединенного с ротором 5 вала 6 в радиальном направлении R. Радиальный магнитный подшипник 1 предназначен для радиальной магнитной опоры ротора 5.

При этом провода катушек в обычных радиальных магнитных подшипниках расположены в выемках так, что в выемках между проводами катушек и зазором 7 остается проходящее в продольном направлении Х статора 2 свободное пространство. На фиг.1 для ясности обозначено лишь одно свободное пространство 11.

Ротор 5 состоит, как правило, из электрически проводящего ферромагнитного материала, который подвергается воздействию сил создаваемых статором магнитных полей. Когда вал 6 и тем самым соединенный с валом 6 ротор 5 вращается в воздушном зазоре 7, ротор 5 подвергается непрерывному воздействию магнитного переменного поля с помощью чередующихся магнитных полюсов N и S статора 2. За счет этого в роторе 5 индуцируются вихревые токи, которые являются нежелательными, поскольку они ограничивают динамику радиального магнитного подшипника и приводят к термической нагрузке ротора. Поскольку радиальные магнитные подшипники часто используются в применениях, в которых ротор вращается с высокой скоростью, уменьшение вихревых токов в радиальных магнитных подшипниках имеет особое значение.

При этом в электромашиностроении известны две меры для уменьшения протекающих в роторе вихревых токов. Первая возможность состоит в уменьшении количества магнитных полюсов статора. Однако это приводит, как правило, к увеличению конструктивного объема, так что в этом случае необходим компромисс между возможно небольшим количеством магнитных полюсов и небольшим конструктивным объемом. Другая возможность состоит в выполнении ротора из тонких металлических листов, которые изолированы друг от друга.

Из US 7545066 В2 и US 2010/0187926 А1 известны магнитные подшипники для магнитной опоры ротора.

Из JP 2004 132513 А известен радиальный магнитный подшипник, который выполнен в виде разноименнополюсного подшипника.

Из US 2201699 A известна динамоэлектрическая машина, которая имеет обмотки, которые расположены в открытых канавках. В частности, для уменьшения потерь на вихревые токи в статорах электродвигателей предусмотрены магнитные наполнительные элементы, с помощью которых можно закрывать открытые канавки.

Задачей изобретения является уменьшение возникающих в роторе радиального магнитного подшипника вихревых токов.

Эта задача решена с помощью радиального магнитного подшипника для магнитной опоры ротора, при этом радиальный магнитный подшипник имеет статор, при этом статор имеет магнитно-проводящий расположенный с прохождением вокруг ротора статорный элемент, при этом статорный элемент на своей обращенной к ротору стороне имеет проходящие в осевом направлении статорного элемента выемки, в которых расположены электрические провода катушек, при этом катушки предназначены для создания магнитных полей, которые удерживают с зависанием ротор в расположенном между ротором и статором воздушном зазоре, при этом провода расположены в выемках так, что в выемках между проводами и воздушным зазором остается свободное пространство, при этом в свободном пространстве расположен магнитно-проводящий наполнительный элемент.

Кроме того, эта задача решена с помощью радиального магнитного подшипника для магнитной опоры ротора, при этом радиальный магнитный подшипник имеет статор, при этом статор имеет магнитно-проводящий расположенный с прохождением вокруг ротора статорный элемент, при этом статорный элемент на своей обращенной к ротору стороне имеет проходящие в осевом направлении статорного элемента выемки, в которых расположены электрические провода катушек, при этом катушки предназначены для создания магнитных полей, которые удерживают с зависанием ротор в расположенном между ротором и статором воздушном зазоре, при этом провода расположены в выемках так, что в выемках провода проходят заподлицо с обращенной к ротору стороной статорного элемента, при этом на обращенной к ротору стороне статорного элемента расположено магнитно-проводящее проходящее вокруг ротора кольцо, при этом воздушный зазор расположен между кольцом и ротором.

Предпочтительно, когда наполнительный элемент выполнен с возможностью вдвигания в осевом направлении статора в свободное пространство, поскольку в этом случае можно вводить наполнительный элемент в свободное пространство особенно простым образом.

Ниже приводится более подробное пояснение примеров выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг.1 - разрез обычного известного радиального магнитного подшипника;

фиг.2 - снабженный катушками статорный элемент обычного известного радиального магнитного подшипника в изометрической проекции;

фиг.3 - первый вариант выполнения радиального магнитного подшипника согласно изобретению;

фиг.4 - наполнительный элемент;

фиг.5 - второй вариант выполнения радиального магнитного подшипника согласно изобретению.

Одинаковые элементы обозначены на фигурах одинаковыми позициями.

В обычных известных радиальных магнитных подшипниках, как указывалось выше, провода катушек расположены в выемках статорного элемента так, что в выемках между проводами и воздушным зазором остается свободное пространство. На фиг.1 такое проходящее в осевом направлении Х ротора 2 свободное пространство обозначено позицией 11. Таким образом, катушки заканчиваются незаподлицо с обращенной к ротору стороной 12 статорного элемента 4, т.е. незаподлицо с полюсными наконечниками магнитных северных и южных полюсов N и S. В каждой выемке остается свободное пространство 11.

На фиг.3 схематично показан первый вариант выполнения радиального магнитного подшипника 1' согласно изобретению. При этом конструкция и принцип действия радиального магнитного подшипника 1' согласно изобретению те же, что и у обычного известного радиального магнитного подшипника 1 согласно фиг.1 и 2. Одинаковые с показанными на фиг.1 и 2 элементы обозначены на фиг.3 теми же позициями. На фиг.3 показана часть фиг.1 в увеличенном масштабе. Согласно изобретению в каждом свободном пространстве расположен проходящий в осевом направлении Х статора 2 магнитно-проводящий наполнительный элемент 17, при этом для ясности на фиг.3 лишь один наполнительный элемент обозначен позицией 17.

На фиг.4 наполнительный элемент 17 показан в изометрической проекции. Наполнительный элемент состоит из магнитно-проводящего материала, такого как, например, ферромагнитный материал (например, железо), и может состоять, например, из того же материала, что и статорный элемент 4. Наполнительный элемент предпочтительно заканчивается заподлицо с расположенными в выемках проводами катушек. Кроме того, наполнительный элемент предпочтительно заканчивается заподлицо с обращенной к ротору стороной 12 статорного элемента 4, так что ширина 7 воздушного зазора остается постоянной по всей внутренней окружности статорного элемента 4.

Наполнительный элемент предпочтительно предназначен для вдвигания в осевом направлении Х статора в свободное пространство, так что его можно просто вводить также после установки катушек в статорный элемент 4. Таким образом, наполнительный элемент предпочтительно выполнен в виде задвижки. С помощью наполнительного элемента реализуется магнитный пазовый замок выполненных в виде канавок выемок. За счет реализованного с помощью наполнительного элемента магнитного пазового замка возникает измененное прохождение магнитного поля в воздушном зазоре 7. За счет магнитного пазового замка в переходах от одного магнитного полюса к другому магнитному полюсу достигается более мягкое прохождение проходящей в радиальном направлении составляющей плотности магнитного потока, что приводит к уменьшению индуцированных в роторе вихревых токов.

На фиг.5 схематично показан другой вариант выполнения радиального магнитного подшипника 1” согласно изобретению. При этом конструкция и принцип действия радиального магнитного подшипника 1” согласно изобретению те же, что и у обычного известного радиального магнитного подшипника 1 согласно фиг.1 и 2. Одинаковые с показанными на фиг.1 и 2 элементы обозначены на фиг.5 теми же позициями. На фиг.5 показана по существу часть фиг.1 в увеличенном масштабе. В варианте выполнения показанного на фиг.5 радиального магнитного подшипника 1” согласно изобретению выемки, в противоположность обычному показанному на фиг.1 радиальному магнитному подшипнику, заканчиваются заподлицо с обращенной к ротору 5 стороной 12 статорного элемента 4, т.е. заподлицо с полюсными наконечниками магнитных северных и южных полюсов N и S. Магнитный пазовый замок обеспечивается в этом варианте выполнения изобретения с помощью магнитно-проводящего кольца 13. Магнитно-проводящее кольцо 13 расположено на обращенной к ротору 5 стороне 12 статорного элемента 4, при этом воздушный зазор 7 расположен между кольцом 13 и ротором 5. Кольцо 13 является составляющей частью статора 2. При этом кольцо 13 может состоять, например, из ферромагнитного материала, такого как, например, железо, и состоять, например, из того же материала, что и статорный элемент 4. За счет кольца в переходах от одного магнитного полюса к следующему магнитному полюсу достигается более мягкое прохождение проходящей в радиальном направлении составляющей плотности магнитного потока, что приводит к уменьшению индуцированных в роторе вихревых токов.

На фиг.6 схематично показан другой вариант выполнения радиального магнитного подшипника 1'” согласно изобретению. При этом конструкция и принцип действия радиального магнитного подшипника 1'” согласно изобретению те же, что и у обычного известного радиального магнитного подшипника 1 согласно фиг.1 и 2. Одинаковые с показанными на фиг.1 и 2 элементы обозначены на фиг.6 теми же позициями. На фиг.6 показана по существу часть фиг.1 в увеличенном масштабе. В варианте выполнения показанного на фиг.6 радиального магнитного подшипника 1'” согласно изобретению выемки, в противоположность обычному показанному на фиг.1 радиальному магнитному подшипнику, не открыты больше в направлении ротора и тем самым не реализованы в виде канавок, а выемки окружены в осевом направлении Х статорного элемента 4 материалом статорного элемента 4. Для ясности на фиг.6 лишь одна такая выемка обозначена позицией 10'. За счет этого в переходах от одного магнитного полюса к другому магнитному полюсу достигается более мягкое прохождение проходящей в радиальном направлении составляющей плотности магнитного потока, что приводит к уменьшению индуцированных в роторе вихревых токов.

Следует отметить, что ротор 5 может быть также интегральной составляющей частью вала 6 и тем самым вал 6 вместе с ротором 5 могут быть выполнены в виде единого элемента. В этом случае ротор представлен в виде вала. При этом наружный диаметр вала 6 в месте, в котором расположен радиальный магнитный подшипник, согласно изобретению лишь немного меньше внутреннего диаметра статора радиального магнитного подшипника, так что между статором и валом имеется лишь один воздушный зазор.

1. Радиальный магнитный подшипник для магнитной опоры ротора (5), при этом радиальный магнитный подшипник выполнен в виде разноименнополюсного подшипника, при этом радиальный магнитный подшипник (1', 1'', 1''') имеет статор (2), при этом статор (2) имеет магнитно-проводящий расположенный с прохождением вокруг ротора (5) статорный элемент (4), при этом статорный элемент (4) на своей обращенной к ротору (5) стороне (12) имеет проходящие в осевом направлении (Х) статорного элемента (4) выемки (10), в которых расположены электрические провода (8а, 9а) катушек (8, 9), при этом катушки (8, 9) предназначены для создания магнитных полей, которые удерживают с зависанием ротор (5) в расположенном между ротором (5) и статором (2) воздушном зазоре (7), при этом провода (8а, 9а) расположены в выемках (10) так, что в выемках (10) между проводами (8а, 9а) и воздушным зазором (7) остается свободное пространство (11), при этом в свободном пространстве (11) расположен магнитно-проводящий наполнительный элемент (17).

2. Радиальный магнитный подшипник по п. 1, отличающийся тем, что наполнительный элемент (17) выполнен с возможностью вдвигания в осевом направлении (Х) статора (2) в свободное пространство (11).

3. Радиальный магнитный подшипник для магнитной опоры ротора (5), при этом радиальный магнитный подшипник выполнен в виде разноименнополюсного подшипника, при этом радиальный магнитный подшипник (1', 1'', 1''') имеет статор (2), при этом статор (2) имеет магнитно-проводящий расположенный с прохождением вокруг ротора (5) статорный элемент (4), при этом статорный элемент (4) на своей обращенной к ротору (5) стороне (12) имеет проходящие в осевом направлении (Х) статорного элемента (4) выемки (10), в которых расположены электрические провода (8а, 9а) катушек (8, 9), при этом катушки (8, 9) предназначены для создания магнитных полей, которые удерживают с зависанием ротор (5) в расположенном между ротором (5) и статором (2) воздушном зазоре (7), при этом провода (8а, 9а) расположены в выемках (10) так, что в выемках (10) провода (8а, 9а) проходят заподлицо с обращенной к ротору (5) стороной (12) статорного элемента (4), при этом на обращенной к ротору (5) стороне (12) статорного элемента (4) расположено магнитно-проводящее проходящее вокруг ротора кольцо, при этом воздушный зазор (7) расположен между кольцом и ротором (5).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, в часности к электрическим машинам, и касается особенностей конструктивного выполнения магнитопроводов статоров электрических машин.

Изобретение относится к области электротехники, в частности - к конструкции статоров электрических машин, в которых для крепления обмотки в открытых пазах магнитопровода используют клин и прокладки.

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к узлам крепления обмоток статоров - клиньям-охладителям магнитным. .

Изобретение относится к электромашиностроению . .

Изобретение относится к электромашиностроению . .

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам малой мощности. .

Изобретение относится к электротехнике. .

Изобретение относится к электротехнике. .

Газотурбинный двигатель, на цилиндрической втулке которого со стороны, прилегающей к колесу турбины, надета первая чашеобразная цапфа-пята первого радиально-упорного магнитного подшипника, ориентированная своим дном к колесу турбины, при этом на свободном конце вала последовательно установлены с упором друг в друга, вторая чашеобразная цапфа-пята второго радиально-упорного магнитного подшипника, ориентированная своим дном к колесу компрессора, первый и второй упорные лепестковые газовые подшипники, колесо центробежного компрессора и балансировочная шайба, зафиксированные гайкой.

Газотурбинный двигатель, на вал которого надета цилиндрическая втулка, выполненная из немагнитного материала, одним концом упертая в торцевую поверхность колеса турбины, а другим упертая в кольцевой выступ пяты, выполненной из немагнитного материала, надетой на вал, на участке, примыкающем к колесу компрессора.

Газотурбинный двигатель, на цилиндрической втулке которого, со стороны, прилегающей к колесу турбины, надета соосно с цилиндрической втулкой первая чашеобразная цапфа-пята первого магнитного подшипникового узла, ориентированная своим днищем к колесу турбины, при этом на участке ротора, прилегающем к колесу компрессора, непосредственно на вал надета соосно с ним, с упором в колесо компрессора и торец втулки ротора, вторая чашеобразная цапфа-пята второго магнитного подшипникового узла, ориентированная своим днищем к колесу компрессора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано, например, в шпиндельных узлах металлорежущих станков с высокой частотой вращения. Технический результат заключается в повышении несущей способности и жёсткости подшипниковых узлов, повышении эффективности охлаждения обмотки и сердечника статора, а также улучшении массогабаритных показателей и повышении надёжности.

Изобретение относится к сенсорному устройству для монтирования на вал электрической машины с регистрирующим устройством для регистрации тока подшипника электрической машины.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии на магнитных подшипниках. Технический результат заключается в повышении точности и надежности управления магнитным подшипником.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к системам магнитного подвеса (СМП) роторных машин, и может найти применение в компрессорах, турбодетандерах и других установках.

Группа изобретений относится к машиностроению и, преимущественно, к демпфированию колебаний быстровращающихся роторов, турбин, центробежных компрессоров, генераторов, турбомолекулярных насосов, накопителей энергии и подобных устройств.

Изобретение относится к поршневой машине. Она содержит поршень (3) и корпус (2).

Изобретение относится к двум подшипниковым устройствам из магнитного радиального и поддерживающего подшипников для бесконтактного опирания и поддержания вала ротора турбомашины мощностью 1000 кВт и более.

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к электромеханическим преобразователям энергии на бесконтактных подшипниках. Технический результат заключается в повышении точности управления и повышении надежности электрической машины с ротором на бесконтактных подшипниках. Способ бессенсорного управления положением ротора заключается в том, что измеряют электродвижущую силу каждой фазы электрической машины и раскладывают ее на гармонические составляющие, измеряют выходное напряжение машины и представляют его в двухфазной системе координат, в которой рассчитывают эквивалентные токи, измеряют скорость вращения ротора, и по изменению первой, третьей, девятой и сорок третьей гармоники электродвижущей силы судят о пространственном положении ротора, а по изменению напряжений, частоты вращения и эквивалентных токов в двухфазной системе координат судят об угловой координате ротора. Информация об изменении пространственного положения ротора и угловой координате поступает в регулятор и силовой преобразователь, которые регулируют величину воздействия управляющих элементов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх