RU182058U1

RU182058U1 - HOMOPOLAR ACTIVE MAGNETIC BEARING

Info

Publication number: RU182058U1
Application number: RU2018112843U
Authority: RU
Inventors: Флюр Рашитович Исмагилов; Вячеслав Евгеньевич Вавилов; Ильдус Финатович Саяхов; Айбулат Халяфович Минияров
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2018-08-02

Abstract

Использование: полезная модель относится к области электромеханики и может быть использована в качестве подвеса ротора высокоскоростных электрических машин.Технический результат: повышение эффективности регулирования положением ферромагнитного ротора обмотками управления за счет уменьшения немагнитного зазора между радиальными полюсами статора и ферромагнитным ротором.Сущность полезной модели: гомополярный активный магнитный подшипник содержит статор с четным числом радиальных полюсов, на каждом из которых расположены обмотки управления, полюсный наконечник, выполненный в виде дискового кольца и соединенный со статором, ступенчатый ферромагнитный ротор, дисковые постоянные магниты смещения, намагниченные в осевом направлении и расположенные на торцевой поверхности ступенчатого ферромагнитного ротора, бандажную оболочку, охватывающую дисковые постоянные магниты смещения и часть ступенчатого ферромагнитного ротора.Usage: the utility model relates to the field of electromechanics and can be used as a suspension of the rotor of high-speed electric machines. Technical result: improving the efficiency of regulation of the position of the ferromagnetic rotor by the control windings by reducing the non-magnetic gap between the radial poles of the stator and the ferromagnetic rotor. The essence of the utility model: homopolar active The magnetic bearing contains a stator with an even number of radial poles, on each of which there are windings controls, a pole piece made in the form of a disk ring and connected to the stator, a stepped ferromagnetic rotor, disk permanent bias magnets magnetized in the axial direction and located on the end surface of a stepped ferromagnetic rotor, a retaining shell covering the disk constant bias magnets and part of a stepped ferromagnetic rotor .

Description

Полезная модель относится к области электромеханики и может быть использована в качестве подвеса ротора высокоскоростных электрических машин.The utility model relates to the field of electromechanics and can be used as a suspension of the rotor of high-speed electric machines.

Известен гомополярный магнитный подшипник с электромагнитным смещением [патент US 5767597 A, F16C 32/0463, дата 26.07.1996], содержащий вал, четыре U-образных полюсных наконечника с высокой магнитной проницаемостью, образующих статор активного магнитного подшипника, на каждой из которых размещены управляющие катушки, одну катушку смещения, расположенную в аксиальном направлении и соосную с вращающимся валом и закрепленную на U-образных полюсных наконечниках.Known homopolar magnetic bearing with electromagnetic displacement [patent US 5767597 A, F16C 32/0463, date July 26, 1996] containing a shaft, four U-shaped pole pieces with high magnetic permeability, forming a stator of an active magnetic bearing, on each of which are placed control coils, one displacement coil located in the axial direction and coaxial with the rotating shaft and mounted on the U-shaped pole pieces.

Недостатками аналога являются значительные массогабаритные показатели и невысокая энергоэффективность, вызванные применением электромагнитов для создания потока смещения и постоянными потерями от токов смещения для поддержания равновесия.The disadvantages of the analogue are significant weight and size indicators and low energy efficiency caused by the use of electromagnets to create a bias flow and constant losses from bias currents to maintain equilibrium.

Известен гомополярный магнитный подшипник с постоянным магнитом и встроенным датчиком скорости вращения [патент US 9559565 В2, кл. H02K 7/09, дата 22.08.2013], который включает в себя вал, шихтованный магнитопровод, размещенный на валу и расположенный под электромагнитной частью активного магнитного подшипника, статор, состоящий из четырех полюсов и четырех управляющих катушек, полюсный наконечник, выполненный в виде дискового кольца и соосный статору, постоянный магнит смещения, расположенный между статором и полюсным наконечником.Known homopolar magnetic bearing with a permanent magnet and a built-in speed sensor [patent US 9559565 B2, class. H02K 7/09, date 08/22/2013], which includes a shaft, a charged magnetic core located on the shaft and located under the electromagnetic part of the active magnetic bearing, a stator consisting of four poles and four control coils, a pole tip made in the form of a disk rings and coaxial stator, a permanent bias magnet located between the stator and the pole piece.

Недостатками аналога являются невысокая энергоэффективность обусловленная наведением в постоянных магнитах вихревых токов, большие аксиальные габариты магнитного кольца, которое необходимо для создания основного магнитного потока смещения, насыщение магнитопровода статора и полюсного наконечника из-за плотного прилегания постоянного магнита, что также ведет увеличению габаритов и нелинейности в управлении.The disadvantages of the analogue are low energy efficiency due to the induction of eddy currents in permanent magnets, large axial dimensions of the magnetic ring, which is necessary to create the main magnetic bias flux, saturation of the stator magnetic circuit and pole tip due to the tight fit of the permanent magnet, which also leads to an increase in dimensions and nonlinearity in management.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гомополярный активный магнитный подшипник с созданием электромагнитных сил в больших воздушных зазорах [патент US 20110101905 А1, кл. H02K 7/09, дата 02.11.2009], содержащий статор с четным числом радиальных полюсов на каждом из которых расположена управляющая обмотка, полюсный наконечник, выполненный в виде дискового кольца и соединенный со статором, постоянный магнит смещения, расположенный между статором и полюсным наконечником, ферромагнитный ротор, постоянные магниты смещения осевого и радиального намагничивания, расположенные на ферромагнитном роторе, кольцевые магнитопроводы, охватывающие постоянные магниты.The closest in technical essence and the achieved result is a homopolar active magnetic bearing with the creation of electromagnetic forces in large air gaps [patent US 201101019090 A1, cl. H02K 7/09, date 02.11.2009], comprising a stator with an even number of radial poles on each of which there is a control winding, a pole piece made in the form of a disk ring and connected to the stator, a permanent bias magnet located between the stator and the pole piece, a ferromagnetic rotor, permanent displacement magnets of axial and radial magnetization located on the ferromagnetic rotor, ring magnetic circuits, covering the permanent magnets.

Недостатками ближайшего аналога являются сложность технологической сборки ротора под электромагнитной частью активного магнитного подшипника и невозможность установки бандажа. Также к недостаткам следует отнести сложность регулирования положением ферромагнитного ротора вследствие низкой магнитной проницаемости постоянных магнитов и высокие значения токов в обмотках управления при регулировании, что в целом снижает эффективность.The disadvantages of the closest analogue are the complexity of the technological assembly of the rotor under the electromagnetic part of the active magnetic bearing and the inability to install a bandage. The disadvantages include the difficulty of controlling the position of the ferromagnetic rotor due to the low magnetic permeability of the permanent magnets and the high currents in the control windings during regulation, which generally reduces efficiency.

Задача полезной модели - обеспечение высоких значений магнитных сил в гомополярном активном магнитном подшипнике, благодаря уменьшению немагнитного зазора между радиальными полюсами статора и ферромагнитным ротором, с сохранением возможности установки бандажа.The objective of the utility model is to ensure high values of magnetic forces in a homopolar active magnetic bearing, due to a decrease in the nonmagnetic gap between the radial poles of the stator and the ferromagnetic rotor, while maintaining the possibility of installing a bandage.

Техническим результатом является повышение эффективности регулирования положением ферромагнитного ротора обмотками управления за счет уменьшения немагнитного зазора между радиальными полюсами статора и ферромагнитным ротором.The technical result is to increase the efficiency of regulation of the position of the ferromagnetic rotor by the control windings by reducing the non-magnetic gap between the radial poles of the stator and the ferromagnetic rotor.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что гомополярный активный магнитный подшипник, состоящий из статора с четным числом радиальных полюсов на каждом из которых расположены обмотки управления, полюсного наконечника, выполненного в виде дискового кольца и соединенного со статором, ферромагнитного ротора с постоянными магнитами смещения, согласно полезной модели постоянные магниты смещения выполнены дисковыми, намагниченными в осевом направлении и расположены на торцевой поверхности ферромагнитного ротора, выполненного ступенчатым с бандажной оболочкой, охватывающей дисковые постоянные магниты смещения и часть ступенчатого ферромагнитного ротора с возможностью обеспечения минимального немагнитного зазора между радиальными полюсами статора и ступенчатым ферромагнитным ротором.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that a homopolar active magnetic bearing, consisting of a stator with an even number of radial poles, each of which has control windings, a pole tip made in the form of a disk ring and connected to the stator, a ferromagnetic rotor with permanent magnets displacements, according to a useful model, permanent displacement magnets are made disk, magnetized in the axial direction and are located on the end surface of the ferromagnetic a rotor made of a stepped with a retaining shell covering the disk permanent bias magnets and part of a stepped ferromagnetic rotor with the possibility of ensuring minimal non-magnetic clearance between the radial poles of the stator and the stepped ferromagnetic rotor.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фигуре 1 изображен гомополярный активный магнитный подшипник.The figure 1 shows a homopolar active magnetic bearing.

На фигуре 2 - продольный разрез А-А гомополярного активного магнитного подшипника.Figure 2 is a longitudinal section aa of a homopolar active magnetic bearing.

Гомополярный активный магнитный подшипник содержит (фиг. 1) статор 1 с четным числом радиальных полюсов 2 на каждом из которых расположены обмотки управления 3, полюсный наконечник 4 (фиг. 2), выполненный в виде дискового кольца и соединенный со статором 1, ступенчатый ферромагнитный ротор 5, дисковые постоянные магниты смещения 6, намагниченные в осевом направлении и расположенные на торцевой поверхностью ступенчатого ферромагнитного ротора 5, бандажную оболочку 7, охватывающую дисковые постоянные магниты смещения 6 и часть ступенчатого ферромагнитного ротора 5.A homopolar active magnetic bearing contains (Fig. 1) a stator 1 with an even number of radial poles 2 on each of which are located control windings 3, a pole tip 4 (Fig. 2), made in the form of a disk ring and connected to the stator 1, a stepped ferromagnetic rotor 5, disk permanent bias magnets 6, magnetized in the axial direction and located on the end surface of the stepped ferromagnetic rotor 5, a retaining shell 7, covering the disk permanent bias magnets 6 and part of the stepped fer 5 of the magnetic rotor.

Гомополярный активный магнитный подшипник работает следующим образом. Вращение ступенчатого ферромагнитного ротора 5 с дисковыми постоянными магнитами смещения 6, намагниченными в осевом направлении и расположенными на торцевой поверхности ферромагнитного ротора 5, обеспечивается высокоскоростной электрической машиной (на фиг. не показана). Общий магнитный поток, создающий магнитные силы, складывается из потока смещения от дисковых постоянных магнитов смещения 6 и управляющего потока от обмоток управления 3. Ступенчатый ферромагнитный ротор 5 находится под действием левитации и коаксиален оси Z благодаря магнитным силам от потоков смещения. При смещении ступенчатого ферромагнитного ротора 5 по одной из осей (X или Y), вследствие динамических возмущений, системой управления (на фиг. не показана) гомополярного активного магнитного подшипника подается пропорциональный ток управления на противоположно расположенные обмотки управления 3, вследствие чего возрастают силы магнитного притяжения и отталкивания между ступенчатым ферромагнитным ротором 5 и противоположно расположенными радиальными полюсами 2 статора 1, при этом развиваемые силы являются довольно большими благодаря уменьшенному немагнитному зазору между радиальными полюсами 2 статора 1 и ступенчатым ферромагнитным ротором 5. При возвращении ступенчатого ферромагнитного ротора 5 в центральное положение система управления отключает ток в обмотках управления 3.Homopolar active magnetic bearing operates as follows. The rotation of the stepped ferromagnetic rotor 5 with disk permanent bias magnets 6, magnetized in the axial direction and located on the end surface of the ferromagnetic rotor 5, is provided by a high-speed electric machine (not shown in Fig.). The total magnetic flux that generates magnetic forces is composed of the bias flux from the disk permanent bias magnets 6 and the control flux from the control windings 3. The stepped ferromagnetic rotor 5 is levitated and coaxial to the Z axis due to the magnetic forces from the bias fluxes. When a stepped ferromagnetic rotor 5 is displaced along one of the axes (X or Y), due to dynamic disturbances, a control system (not shown) of a homopolar active magnetic bearing is supplied with a proportional control current to oppositely located control windings 3, as a result of which magnetic attraction forces increase and repulsion between a stepped ferromagnetic rotor 5 and oppositely located radial poles 2 of the stator 1, while the developed forces are quite large due to enshennomu nonmagnetic radial clearance between stator poles 1 and 2 stepwise ferromagnetic rotor 5. When returning stepwise ferromagnetic rotor 5 in the central position control system switches off the current in the control windings 3.

Итак, достигается возможность обеспечения высоких значений магнитных сил в гомополярном активном магнитном подшипнике, благодаря ступенчатой конструкции ферромагнитного ротора из-за которой немагнитный зазор между радиальными полюсами статора и ступенчатым ферромагнитным ротором конструкционно уменьшается, при этом сохраняется возможность установки бандажа. Кроме того, упрощается технологическая сборка ферромагнитного ротора, улучшается регулирование положением ферромагнитного ротора и снижаются токи в обмотках управления.Thus, it is possible to ensure high values of magnetic forces in a homopolar active magnetic bearing, due to the stepped design of the ferromagnetic rotor due to which the non-magnetic gap between the stator radial poles and the stepped ferromagnetic rotor is structurally reduced, while retaining the possibility of installing a bandage. In addition, the technological assembly of the ferromagnetic rotor is simplified, the position of the ferromagnetic rotor is improved, and the currents in the control windings are reduced.

В результате повышается эффективность регулирования положением ферромагнитного ротора управляющими обмотками за счет уменьшения немагнитного зазора между радиальными полюсами статора и ферромагнитным ротором.As a result, the efficiency of controlling the position of the ferromagnetic rotor by the control windings is increased by reducing the non-magnetic gap between the radial poles of the stator and the ferromagnetic rotor.

Claims

A homopolar active magnetic bearing, consisting of a stator with an even number of radial poles, on each of which there are control windings, a pole piece made in the form of a disk ring and connected to the stator, a ferromagnetic rotor with permanent bias magnets, characterized in that the permanent bias magnets are made axial, magnetized in the axial direction and located on the end surface of a ferromagnetic rotor made stepwise with a retaining shell covering the disks permanent magnets and offset stepwise ferromagnetic part of the rotor to provide a minimum radial clearance between the non-magnetic stator poles and ferromagnetic rotor stepwise.