Гомополярный магнитный подшипник для высокоскоростных электрических машин

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокоскоростных электрических машинах. Технический результат: состоит в повышении надежности, повышении к.п.д. за счет снижения потерь на вихревые токи и гистерезис, а также в снижении массогабаритных показателей за счет применения радиального демпфера. Гомополярный магнитный подшипник состоит из вала, ротора, статора, радиального полюса, корпуса, управляющей обмотки датчика Холла, обеспечивающей возможность измерения магнитного поля смещения в воздушном зазоре. Постоянные магниты, намагниченные в осевом и диаметральном направлении, расположены в роторе и выполнены в виде цельного диска. Вал выполнен в виде бандажной оболочки из ферромагнитного материала. К дисковому постоянному магниту, намагниченному в осевом направлении с одной стороны, прилегает диск из немагнитного материала. Введен осевой пассивный демпфер, имеющий под статором слой медного напыления. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электрических машин и может быть использовано в высокоскоростных электрических машинах.

Известна система на гибридных магнитных подшипниках [патент RU №2547450 C1, H02K 7/09, 10.04.2015], содержащая 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, в которой 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, при этом радиальный демпфер выполнен пассивным, состоящим из кольцевого постоянного магнита с радиальной намагниченностью и медной втулки, причем медная втулка плотно прилегает к внутренней поверхности рубашки охлаждения, при этом 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.

Недостатками указанной конструкции являются ограниченные функциональные возможности, низкая энергоэффективность, вызванная наведением вихревых токов, значительные массогабаритные показатели и низкая надежность.

Известно устройство гибридного магнитного подшипника [патент US 005767597 А, кл. H02K 7/09, 1998 г.], включающее в себя одну кольцевую катушку смещения, являющуюся общей для всех полюсов и расположенных по окружности вокруг вращающегося элемента, четыре полюсных зажима, четыре равноудаленных друг от друга П-образных полюса с полюсными наконечниками и контрольными управляющими катушками, причем каждая пара П-образных полюсов расположена диаметрально противоположно и открытый конец каждого П-образного полюса обращен к вращающемуся элементу и перпендикулярны ему.

Недостатками данной конструкции являются высокие массогабаритные показатели, а также значительная нагрузка на гибридный магнитный подшипник и технологическая сложность сборки.

Известно устройство многополюсных гомополярных магнитных подшипников с конфигурацией полюсов для малых потерь [патент US 6313555 В1, кл. H02K 7/09, 2001 г.], включающее вал, ротор, два статора, содержащие управляющие катушки, между которыми расположены постоянные магниты.

Недостатками данной конструкции являются низкая энергоэффективность, обусловленная большим энергопотреблением и насыщением статора, большие массогабаритные показателями, а также технологическая сложность сборки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гомополярный магнитный подшипник с постоянным магнитом и встроенным датчиком скорости вращения [патент US 20150054389 А1, кл. H02K 7/09, 2015 г.], содержащий вал, ротор, статор, при этом радиальные полюса размещаются вокруг радиальной цепи исполнительного механизма, корпус, радиальные полюса оснащены управляющей обмоткой, датчик Холла измеряет магнитное поле смещения в воздушном зазоре между полюсом и статором.

Недостатками указанной конструкции являются ограниченные функциональные возможности по причине отсутствия пассивного демпфера, небольшая энергоэффективность, вызванная наведением вихревых токов и насыщением статора, низкая надежность и значительные массогабаритные показатели.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей благодаря введению системы измерения перемещения ротора и момента, минимизация массогабаритных показателей за счет применения радиального пассивного демпфера, а также за счет слабого насыщения статора.

Техническим результатом является повышение надежности подшипника, повышение КПД за счет снижения потерь на вихревые токи и гистерезис, а также снижение массогабаритных показателей за счет применения радиального демпфера.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что в гомополярном магнитном подшипнике, состоящем из вала, ротора, статора, радиального полюса, корпуса, управляющей обмотки датчика Холла с возможностью измерения магнитного поля смещения в воздушном зазоре, согласно изобретению постоянные магниты, намагниченные в осевом и диаметральном направлении, расположены в роторе и выполнены в виде цельного диска, вал выполнен в виде бандажной оболочки из ферромагнитного материала, при этом к дисковому постоянному магниту, намагниченному в осевом направлении с одной стороны, прилегает диск из немагнитного материала, а также введен осевой пассивный демпфер, имеющий под статором слой медного напыления.

Существо изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена схема с гомополярным магнитным подшипником. На фиг. 2 изображен разрез гомополярного магнитного подшипника.

Гомополярный магнитный подшипник для высокоскоростных электрических машин содержит (фиг. 1) статор 1 с обмотками возбуждения 2, вал выполнен в виде бандажной оболочки из ферромагнитного материала 3, с запрессованными дисковыми постоянными магнитами 4, намагниченными в осевом направлении, на торцах которых запрессованы барьеры магнитного потока из немагнитного материала 5, кроме того, установлен пассивный осевой демпфер 6, состоящий из ротора 7, с дисковыми постоянными магнитами с диаметральной намагниченностью 8 (фиг. 2) и с медным напылением 9 под статором, для измерения биения установлены датчики системы измерения перемещения 10 ротора 7, выполненные в виде датчиков Холла.

Гомополярный магнитный подшипник для высокоскоростных электрических машин работает следующим образом. Вращение вала 3 с ротором 7 с дисковыми постоянными магнитами с диаметральной намагниченностью 8 и дисковым постоянным магнитом 4, намагниченным в осевом направлении, запрессованными в бандажную оболочку 3 с статором 1 и обмоткой возбуждения 2, которыми обеспечивается подвес ротора 7 в радиальном и осевом направлении, возникают колебания и вибрация ротора 7. К примеру, при переходе ротора 7 через критическую скорость или при несимметричном коротком замыкании, а также биением от привода. При колебании ротора 7 в медном напылении 9 наводятся вихревые токи, тем самым гасится энергия колебаний и вибраций и обеспечивается устойчивое вращение ротора на гомополярных магнитных подшипниках. Кроме того, чтобы магнитный поток дисковых магнитов с диаметральной намагниченностью 8 не препятствовал работе гомополярного магнитного подшипника, установлен барьер магнитного потока 5 в виде диска из немагнитного материала. Датчики системы измерения перемещения 10 ротора 7, установленные перпендикулярно внешней поверхности ротора 7, измеряют перемещение ротора 7, а также фиксируют величину напряженности магнитного потока, наводимого на медной напыленной поверхности 9, по величине которой возможно судить о колебаниях, вибрациях и положении ротора 7, благодаря чему достигается совместная работа в единой конструкции радиального демпфера 6 и датчиков системы измерения перемещения 10 ротора 7.

Таким образом достигается расширение функциональных возможностей благодаря введению системы измерения перемещения ротора и минимизации массогабаритных показателей гомополярного магнитного подшипника за счет применения радиального пассивного демпфера.

В результате повышается надежность, энергоэффективность и КПД системы на гомополярных магнитных подшипниках, а также снижаются массогабаритные показатели за счет радиального демпфера и снижения потерь на вихревые токи и гистерезис.

Гомополярный магнитный подшипник, состоящий из вала, ротора, статора, радиального полюса, корпуса, управляющей обмотки датчика Холла с возможностью измерения магнитного поля смещения в воздушном зазоре, отличающийся тем, что постоянные магниты, намагниченные в осевом и диаметральном направлении, расположены в роторе и выполнены в виде цельного диска, вал выполнен в виде бандажной оболочки из ферромагнитного материала, при этом к дисковому постоянному магниту, намагниченному в осевом направлении с одной стороны, прилегает диск из немагнитного материала, а также введен осевой пассивный демпфер, имеющий под статором слой медного напыления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано в электромеханических преобразователях энергии на бесконтактных подшипниках. Технический результат - повышение точности управления и надежности электрической машины с ротором на бесконтактных подшипниках, возможность применения во всех типах бесконтактных подшипников и измерения перекосов ротора в осевом направлении.

Изобретение: относится к электротехнике и может быть использовано в магнитоэлектрических генераторах автономных систем электроснабжения. Технический результат состоит в повышении надежности и энергоэффективности системы измерения и управления, а также снижении массогабаритных показателей за счет объединения генератора с магнитным подвесом.

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин. Отличие по первому варианту гибридного магнитного подшипника с использованием сил Лоренца состоит в том, что введены две управляющие m-фазные обмотки, расположенные одна над другой, при этом нижняя m-фазная обмотка выполнена со скосом, а верхняя m-фазная обмотка - без скоса, на левом конце вала установлен радиально аксиальный магнитный подшипник на постоянных магнитах, состоящий из внутреннего и внешнего наборов радиальных магнитных колец, установленных концентрично относительно друг друга с воздушным зазором, и аксиального магнитного кольца, установленного с радиальным воздушным зазором относительно вала и аксиальным воздушным зазором относительно внутреннего и внешнего наборов радиальных магнитных колец, а на правом конце вала - радиальный магнитный подшипник на постоянных магнитах, состоящий из внутреннего и внешнего наборов радиальных магнитных колец, установленных концентрично относительно друг друга с воздушным зазором, при этом наборы внутренних постоянных магнитов запрессованы в бандажную втулку, которая выполнена из электропроводящего материала и выполняет функцию пассивного демпфера.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве подвеса ротора электрических машин. Технический результат заключается в повышении надежности.

Изобретение относится к машине с улавливающим подшипником гибридной конструкции. Машина содержит статор (1) и ротор (2).

Группа изобретений относится к машиностроению и может быть использована в конструкциях, включающих гибкий ротор на электромагнитных подшипниках (ЭМП). Технический результат - повышение надежности и ресурса работы гибкого ротора на ЭМП в результате увеличения степени компенсации остаточного дисбаланса за счет формирования в каждом радиальном ЭМП гибкого ротора двух дополнительных ортогональных управляющих сил, повышающих эффективность корректировки положения оси гибкого ротора в переходных режимах и определяемых с помощью предлагаемых системы и порядка управления работой гибкого ротора.

Изобретение относится к устройству магнитного подшипника. Устройство магнитного подшипника содержит первое магнитное устройство, которое выполнено кольцеобразным и имеет центральную ось (1), для удержания вала (2) с возможностью поворота посредством магнитных сил на центральной оси, второе магнитное устройство, которое является независимым от первого магнитного устройства, для компенсации предопределенной силы, которая воздействует на вал (2), причем второе магнитное устройство выполнено кольцеобразным и расположено концентрично к первому магнитному устройству.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электромашиностроению. Технический результат – уменьшение массы и габаритов электромашины, повышение её надежности и эффективности охлаждения обмотки и сердечника статора.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высокоскоростным электромеханическим преобразователям энергии на гибридных магнитных подшипниках. Определяют скорость вращения ротора электромеханического преобразователя энергии, измеряют напряжения на обмотках статора, сравнивают со значениями, заложенными в программу блока управления электромагнитными подшипниками, и при приближении к значению напряжения, соответствующему диапазону критической частоты вращения ротора, импульсно повышают ток на обмотках электромагнитных подшипников, смещая диапазон критических частот для данного ротора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к генераторам электрической энергии. Технический результат - повышение эффективности генерирования электрической энергии.

Устройство сложного перемещения (3) для соединения двух поверхностей, включающее первый рычаг (5) и второй рычаг (7), соединенные вместе с возможностью поворота с помощью первого шарнирного соединения (13), первую поверхность (35), соединенную с противоположным концом первого рычага с помощью второго шарнирного соединения, вторую поверхность (39), соединенную с противоположным концом второго рычага с помощью третьего шарнирного соединения, при этом первый рычаг (5) и второй рычаг (7) способны перемещаться, в результате чего создается сложное перемещение одной или обеих поверхностей.

Изобретение относится к точной механике и механотронике. .

Изобретение относится к газостатическим опорным механизмам роторов с вертикальной и горизонтальной осью вращения. .

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно может использоваться в машинах и аппаратах с движущимися деталями, работающими в условиях газовой смазки. .

Изобретение относится к области машиностроения, преимущественно может использоваться в машинах и аппаратах с движущимися деталями, работающими в условиях газовой смазки.

Изобретение относится к производству центробежных машин и может быть использовано при создании опорно-упорных подшипниковых узлов этих машин (компрессоров, насосов, турбин и пр.).

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно может использоваться в машинах и аппаратах с движущимися деталями, работающими в условиях газовой смазки. .

Изобретение относится к области машиностроения, к опорам тяжелонагруженных конструкций с ограниченным углом поворота. .

Изобретение относится к устройствам для обеспечения поворота конструкции относительно основания машин, используемых при открытой добыче ископаемых. .

Изобретение относится к магнитным опорам цилиндрического типа на основе сверхпроводников. Магнитная опора цилиндрического типа на высокотемпературных сверхпроводниках содержит цилиндрический корпус, внутри которого расположен магнитный ротор и статор с высокотемпературными сверхпроводниками.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокоскоростных электрических машинах. Технический результат: состоит в повышении надежности, повышении к.п.д. за счет снижения потерь на вихревые токи и гистерезис, а также в снижении массогабаритных показателей за счет применения радиального демпфера. Гомополярный магнитный подшипник состоит из вала, ротора, статора, радиального полюса, корпуса, управляющей обмотки датчика Холла, обеспечивающей возможность измерения магнитного поля смещения в воздушном зазоре. Постоянные магниты, намагниченные в осевом и диаметральном направлении, расположены в роторе и выполнены в виде цельного диска. Вал выполнен в виде бандажной оболочки из ферромагнитного материала. К дисковому постоянному магниту, намагниченному в осевом направлении с одной стороны, прилегает диск из немагнитного материала. Введен осевой пассивный демпфер, имеющий под статором слой медного напыления. 2 ил.

Наверх