Гибридный магнитный подшипник с осевым управлением

Авторы патента:

Герасин Александр Анатольевич (RU)

Исмагилов Флюр Рашитович (RU)

Вавилов Вячеслав Евгеньевич (RU)

Хайруллин Ирек Ханифович (RU)

Чуянов Геннадий Алексеевич (RU)

F16C32/04 - с использованием магнитных или электрических опор

Владельцы патента RU 2540215:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" (RU)

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин. Гибридный магнитный подшипник с осевым управлением содержит вал (1), корпус (2), радиальную магнитную опору, статор и ротор осевой электромагнитной опоры, страховочные механические подшипники (15) и четыре датчика перемещения (6, 8, 10, 12). Радиальная магнитная опора выполнена в виде коаксиально расположенных одноименными полюсами друг к другу неподвижных кольцевых постоянных магнитов (3), установленных в корпусе (2), и подвижных кольцевых постоянных магнитов (4), установленных на валу (1). Статор выполнен в виде четырех Ш-образных электромагнитов (5, 7, 9, 11), установленных на кольце (13). Ротор выполнен в виде ферромагнитного диска (14), установленного на валу (1). Технический результат: повышение управляемости положения вала в магнитных подшипниках и расширение функциональных возможностей путем введения управления угловыми перекосами. 3 ил.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин.

Известен магнитный подшипник [патент РФ №2089761 C1, F16C 32/04, 10.09.1997], содержащий вал, ротор из двух колец из постоянного магнита, намагниченный в осевом направлении, статор, включающий полюсный элемент и две кольцевые катушки. В осевом зазоре между кольцами ротора установлен кольцевой диск из немагнитного материала с высокой электропроводностью.

Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием управления угловыми перекосами в осевом направлении.

Известен упорный магнитный подшипник с подмагничиванием постоянным магнитным полем смещения (патент РФ №2138706 C1, F16C 32/04, F16C 39/06, 27.09.1999), содержащий вращающийся элемент (или вал) с ободом (или опорным участком) кольцевой формы, находящимся между парой зубцов подковообразного управляющего элемента. Постоянным магнитом создается магнитное поле, распространяющееся через нависающую консоль и порождающее силу притяжения между подмагниченными поверхностью консоли и верхней торцевой поверхностью вала. Эта смещающая сила притяжения поддерживает вал в равновесии так, что обод находится между поверхностями пары зубцов и равноудален от них. Внутри подковообразного управляющего элемента вокруг вала намотаны обмотки.

Известна опора [патент РФ №2178243 C2, G05H 1/00, 10.01.2002], содержащая установленный в корпусе цилиндрический аксиально намагниченный магнит, размещенную на роторе соосно ферромагнитную втулку, расположенную напротив нижнего торца магнита, и кольцевую камеру с демпфирующей жидкостью. Камера снабжена внутри радиально подвижным кольцевым элементом, подвешенным на гибких нитях и состоящим из внутреннего ферромагнитного кольца и связанного с ним наружного немагнитного кольца.

Известна магнитная опора компрессора [патент РФ №2251033 C2, F16C 32/04, 27.04.2005], содержащая вал, радиальный электромагнит, который располагается в части корпуса, примыкающей к корпусу компрессора, осевой электромагнит, установленный в части корпуса ближе к концу вала.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является подшипник системы энергонезависимого активного магнитного подвеса ротора [патент РФ №2246644 C1, F16C 32/04, 20.02.2005], содержащий вал, корпус, размещенный в корпусе статор радиальной опоры и установленный на валу соответствующий ему ротор с зубцами на цилиндрической поверхности, статор и ротор осевой электромагнитной опоры. На среднем полюсе статора радиальной опоры расположена обмотка возбуждения, а на его боковых полюсах - генераторные обмотки, соединенные последовательно-встречно и подключенные свободными выводами к входам выпрямителя напряжения, статором и ротором осевой опоры, страховочным шарикоподшипником, внешней обоймой контактирующим с корпусом упругими элементами, выполненными с возможностью перемещения вала в осевом и радиальном направлениях, комбинированным датчиком регистрации радиального и осевого положений роторов опор.

Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей путем введения управления угловыми перекосами.

Техническим результатом является повышение управляемости положения вала в магнитных подшипниках.

Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в гибридном магнитном подшипнике с осевым управлением, содержащем вал, корпус, радиальную магнитную опору, статор и ротор осевой электромагнитной опоры, страховочные механические подшипники, датчики перемещения, согласно изобретению статор осевой электромагнитной опоры выполнен в виде четырех Ш-образных электромагнитов, установленных на кольце, а ротор осевой электромагнитной опоры выполнен в виде ферромагнитного диска, установленного на валу, при этом радиальная магнитная опора выполнена в виде коаксиально расположенных одноименными полюсами друг относительно друга подвижных и неподвижных кольцевых постоянных магнитов.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид гибридного магнитного подшипника с осевым управлением. На фиг.2 изображено кольцо с установленными на нем Ш-образными электромагнитами. На фиг.3 изображены угловые перемещения в гибридном магнитном подшипнике с осевым управлением.

Предложенное устройство содержит (фиг.1) вал 1, корпус 2, радиальную магнитную опору, выполненную в виде коаксиально расположенных одноименными полюсами друг к другу неподвижных кольцевых постоянных магнитов 3, установленных в корпусе 2, и подвижных кольцевых постоянных магнитов 4, установленных на валу 1. Статор осевой электромагнитной опоры, содержащий первый Ш-образный электромагнит 5 с первым датчиком перемещения 6, второй Ш-образный электромагнит 7 со вторым датчиком перемещения 8 (фиг.2), третий Ш-образный электромагнит 9 с третьим датчиком перемещения 10, четвертый Ш-образный электромагнит 11 с четвертым датчиком перемещения 12, установленные на кольце 13, запрессованном в корпус 2, ротор осевой электромагнитной опоры, выполненный в виде ферромагнитного диска 14, установленного на валу 1, страховочные механические подшипники 15, установленные также на валу 1.

Гибридный магнитный подшипник с осевым управлением работает следующим образом: между неподвижными кольцевыми постоянными магнитами 3 и подвижными кольцевыми постоянными магнитами 4 радиальной магнитной опоры возникают силы отталкивания, которые обеспечивают бесконтактное вращение вала 1. При осевом смещении вала 1 под действием осевой составляющей силы отталкивания кольцевых постоянных магнитов 3, 4 возникают угловые перекосы вала 1 и расположенного на нем ротора осевой электромагнитной опоры, выполненного в виде ферромагнитного диска 14 (фиг.3). При этом первым 6, вторым 8, третьим 10, четвертым 12 датчиком перемещения определяется наибольший угол перекоса, после чего происходит ослабление электромагнитных сил, путем автоматического понижения управляющего тока или напряжения, на одном из Ш-образных электромагнитов 5, 7, 9, 11 соответствующего максимальному углу перекоса. При этом автоматически усиливается управляющий ток или напряжение, на одном из Ш-образных электромагнитов 5, 7, 9, 11, который расположен противоположно Ill-образному электромагниту 5, 7, 9, 11, соответствующему максимальному углу перекоса.

Таким образом, повышается управляемость положением вала в магнитных подшипниках.

Итак, заявляемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности гибридного магнитного подшипника с осевым управлением путем введения управления угловыми перекосами.

Гибридный магнитный подшипник с осевым управлением, содержащий вал, корпус, радиальную магнитную опору, статор и ротор осевой электромагнитной опоры, страховочные механические подшипники, датчики перемещения, отличающийся тем, что статор осевой электромагнитной опоры выполнен в виде четырех Ш-образных электромагнитов, установленных на кольце, а ротор осевой электромагнитной опоры выполнен в виде ферромагнитного диска, установленного на валу, при этом радиальная магнитная опора выполнена в виде коаксиально расположенных одноименными полюсами относительно друг друга подвижных и неподвижных кольцевых постоянных магнитов.

Похожие патенты:

Магнитный подшипниковый узел // 2539705

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных установок замкнутого цикла большой мощности.

Способ бессенсорного управления положением ротора в бесконтактных подшипниках // 2539690

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.

Радиальный магнитный подшипник для магнитной опоры ротора // 2538835

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).

Газотурбинный двигатель // 2529294

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 // 2528891

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 // 2528889

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.

Электрошпиндель // 2528420

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.

Сенсорное устройство для тока подшипника с преобразователем энергии // 2526864

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

Способ и устройство управления положением ротора в магнитных подшипниках // 2518053

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.

Способ формирования сигналов отклонения ротора в системах магнитного подвеса роторных машин и устройство для его реализации (варианты) // 2507420

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

Высокоскоростная электрическая машина с вертикальным валом // 2540696

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин. Технический результат: повышение надежности, энергоэффективности, силовых характеристик и жесткости гибридного магнитного подшипника, минимизация нагрузок на гибридные магнитные подшипники. Высокоскоростная магнитоэлектрическая машина с вертикальным валом содержит статор, ротор, насаженный на вертикальный вал. В машине установлены два радиальных и один осевой гибридные магнитные подшипники, выполненные из электромагнитов, в магнитопроводе которых установлены вставки из постоянных магнитов. При этом каждая вставка из постоянных магнитов намагничена в направлении силовой линии магнитного потока, создаваемого обмоткой электромагнита. В качестве дополнительных осевых опор установлены магнитные подшипники на постоянных магнитах, причем на стороне ротора, где осевые силы имеют максимальное значение, магнитные подшипники на постоянных магнитах установлены с возможностью отталкивания, а на противоположной стороне ротора магнитные подшипники на постоянных магнитах установлены с возможностью притяжения. 4 ил.

Способ работы управляемого газомагнитного подшипникового узла и подшипниковый узел // 2545146

Изобретения относятся к области машиностроения, в частности к управляемому газомагнитному подшипниковому узлу и способу его работы. Подшипниковый узел содержит соленоид, магниты, полюса и ярма электромагнитов, вкладыш газового подшипника, отверстия для пористых вставок, рубашку, обмотку электромагнитов, камеру для подачи газовой смазки в пористые вставки, крепления для датчиков измерения зазора, отверстие для подачи газовой смазки в камеру. Соленоид установлен на валу. Магниты установлены между отверстиями вкладыша подшипника. Электромагниты установлены продольно в корпусе опоры. Вкладыш газового подшипника встроен в опору. Отверстия для пористых вставок расположены во вкладыше газового подшипника. Рубашка охватывает вкладыш подшипника. Камера для подачи газовой смазки расположена между подшипником и рубашкой. Крепления для датчиков измерения зазора располагаются на полюсах электромагнитов. Отверстие для подачи газовой смазки расположено в рубашке. Способ работы управляемого газомагнитного подшипникового узла заключается в создании дополнительной электромагнитной силы, направленной на увеличение несущей способности подшипникового узла. Дополнительно создается магнитная сила, управление которой происходит посредством изменения тока в электромагнитах, при этом использование датчиков изменения зазора позволяет обеспечить точное контролируемое вращение вала в опоре и малое изменение толщины газового слоя, а продольное расположение электромагнитов позволяет уменьшить магнитное трение из-за продольного направления магнитного потока. Достигается уменьшение изменения воздушного зазора. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Система на гибридных магнитных подшипниках // 2547450

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в качестве подвеса ротора электрических машин. Технический результат: повышение срока службы, энергоэффективности системы. Система на магнитных подшипниках содержит вал, ротор, статор, установленный в рубашке охлаждения, корпус, подшипниковые щиты, осевой электромагнитный подшипник, пассивные радиальные магнитные подшипники, радиальный демпфер, датчики радиального и осевого положения ротора. Дополнительно введен осевой пассивный демпфер, состоящий из кольцевого постоянного магнита, намагниченного в осевом направлении, установленного в торцевой поверхности вала, и медного кольца, установленного в подшипниковом щите. Радиальный демпфер выполнен пассивным, состоящим из кольцевого постоянного магнита с радиальной намагниченностью и медной втулки. Датчики радиального положения ротора выполнены в виде датчиков Холла, установленных перпендикулярно внешней поверхности медной втулки, а датчики осевого положения ротора выполнены в виде датчиков Холла, установленных перпендикулярно торцевой поверхности медного кольца. 1 ил.

Магнитная опора ротора турбомашины // 2549736

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным опорным устройствам с электромагнитными подшипниками для энергетических установок. Магнитная опора ротора турбомашины включает в себя корпус (1) с установленными в нем радиальным активным магнитным подшипником (2) и осевым электромагнитом (3), страховочный шариковый подшипник (4), установленный на валу (5) и закрепленный внешним кольцом (6) в корпусе (7). Между торцами электромагнита (3) и внутреннего кольца (8) подшипника (4) образован зазор, а посадочные поверхности (9, 10) кольца (8) и вала (5) выполнены коническими. Подшипник (4) выполнен с возможностью осевого смещения посредством электромагнита (3), с образованием зазора между посадочными поверхностями (9, 10) кольца (8) и вала (5). Со стороны электромагнита (3) между торцами корпуса (1) и внешнего кольца (6) установлена осевая пружина (11), а с противоположенной стороны на корпусе (1) установлен торцевой упор (12). Технический результат: повышение надежности работы опоры в целом за счет снижения/исключения ударных нагрузок на страховочный подшипник при отсутствии подачи электрического питания на радиальный активный магнитный подшипник. 2 ил.

Сверхпроводящий магнитный подвес для кинетического накопителя энергии // 2551864

Изобретение относится к области магнитных опор на основе объемных высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) для кинетических накопителей энергии. Сверхпроводящий магнитный подвес для кинетического накопителя энергии (КНЭ) установлен в корпусе КНЭ, соединенном с системой вакуумной откачки, и включает в себя статор в виде корпуса, содержащего блок высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) элементов с системой охлаждения, постоянные магниты, установленные на валу ротора с зазором относительно корпуса статора. Корпус статора снабжен автономной системой вакуумной откачки, причем выхлоп автономной системы откачки соединен с полостью корпуса КНЭ. Корпус статора также снабжен пассивными вакуумными затворами, выполненными в виде втулок, закрепленных на торцевых поверхностях корпуса подвеса, сопрягаемых с валом, при этом внутренний диаметр втулок превышает диаметр вала ротора на 0,5…1,5 мм, а их осевой размер составляет 50…100 мм. Технический результат: упрощение конструкции, повышение эффективности работы вакуумной системы, обеспечение удобства проведения автономных технологических испытаний подвеса. 2 ил.

Устройство осевого подшипника с повышенным коэффициентом заполнения активной сталью // 2557350

Изобретение относится к устройству магнитного осевого подшипника с повышенным усилием на единицу поверхности и простой конструкцией. Устройство магнитного осевого подшипника включает в себя кольцевую систему листов электротехнической стали, у которой отдельные листы (80, 90, 170) стали выдаются радиально наружу, а соседние листы (80, 90, 170) стали в окружном направлении образуют зазор (20). В устройстве также предусмотрена электрическая катушка, которая вставлена в систему электротехнической листовой стали, для создания магнитного поля в системе. Эта система имеет по меньшей мере два концентрических кольца (8, 9, 17) листов электротехнической стали. По существу все соседние листы (80, 90, 170) электротехнической стали каждого кольца (8, 9, 17) листов электротехнической стали по внутреннему периметру (14, 18, 19) соответствующего кольца листов электротехнической стали касаются друг друга. С помощью этой шихтовки (12) получается повышенный по сравнению с традиционной шихтовкой (11) коэффициент заполнения активной сталью. Технический результат: улучшение коэффициента полезного действия устройства магнитного осевого подшипника. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Магнитный радиальный подшипник с трехфазным управлением // 2562293

Изобретение касается магнитного радиального подшипника и способа управления такого рода магнитным радиальным подшипником. Подшипник включает в себя статор (4), который имеет первую катушку (S1), вторую катушку (S2), третью катушку (S3) и четвертую катушку (S4), из которых первая катушка (S1) и третья катушка (S3) находятся на первой оси (Y), а также вторая (S2) и четвертая (S4) катушки - на второй оси (X) напротив друг друга. Управление катушками (S1, S2, S3, S4) осуществляется с трехфазным током (U, V и W). Амплитуды токов фаз (U, V и W) оцениваются каждая смещенной относительно друг друга на 120° синусоидальной функцией. Управление осуществляется с помощью устройства управления в варьируемой рабочей точке, которая задает для отдельных фаз значение оценки амплитуд каждой синусоидальной функции. Технический результат: создание компактного и надежно управляемого или, соответственно, регулируемого радиального магнитного подшипника с низкими потерями от вихревых токов. 2 н. и 28 з.п. ф-лы, 5 ил.

Бесподшипниковая электрическая машина // 2562448

Изобретение относится к области электромашиностроения и может быть использовано в различных установках с высокоскоростным электрическим приводом рабочего органа, в частности, в условиях вакуума. Технический результат заключается в упрощении конструкции бесподшипниковой электрической машины и её системы управления. Бесподшипниковая электрическая машина содержит ферромагнитный ротор и два статора магнитного подвеса и вращения ротора. Ротор выполнен в виде части полого конуса. Конические рабочие поверхности двух статоров расположены соответственно напротив внешней и внутренней поверхностей части полого конуса ротора. 4 ил.

Управляемый магнитный подшипник на постоянных магнитах и способ управления им // 2563884

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к электромеханическим преобразователям энергии на бесконтактных подшипниках, и может быть использовано для управления положением ротора в магнитных подшипниках. Технический результат: снижение массогабаритных показателей, повышение надежности. Управляемый магнитный подшипник на постоянных магнитах содержит вал, корпус, подвижный и неподвижный постоянные магниты, страховочные подшипники. Неподвижный постоянный магнит выполнен в виде секторов, формирующих окружность. Между соседними секторами постоянных магнитов установлены теплоизоляционные прокладки. К каждому сектору приложен управляемый источник тепла. Управление параметрами магнитного подшипника на постоянных магнитах осуществляется путем изменения их остаточной индукции и коэрцитивной силы за счеёт воздействия на постоянные магниты регулируемым тепловым потоком. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Система управления электромагнитным подвесом ротора // 2566671

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в роторных механизмах на электромагнитных опорах. Техническим результатом является повышение быстродействия и динамической точности электромагнитного подвеса ротора. В системе управления электромагнитным подвесом ротора каждый канал содержит датчик (1) положения ротора, интегральный регулятор (2), пропорциональный регулятор (3), дифференцирующее звено (4), пропорционально-дифференциальный регулятор (5), силовой преобразователь (6), два электромагнита (7 и 8), блок (9) задания, пропорциональное звено (10), блоки (11 и 12) вычитания, блок (13) выделения знака, регистр (14), сумматор (15) и мультиплексор (16). 4 ил. .