RU1838682C - Электромагнитна опора - Google Patents

Description

Изобретение может быть использовано в машиностроении и относитс  к области прикладной электромеханики, в частности к устройствам, предназначенным дл  поддер- жани , как вращающихс , так и не вращающихс  деталей во взвешенном состо нии, например, дл  бесконтактной подвески ро- TCJPOB, валов, шпинделей и т.д., вращающихс  с любой угловой скоростью.

j Известны электромагнитные опоры (ЗМО), представл ющие собой электромаг- подшипник (ЭМП), имеющий коль- статор с несколькими полюсами. ка|ждый полюс которого имеет катушку с об- мфткой подмагничивани  и катушку с обмоткой управлени  и магнитопровод щий ротор .

Недостатком известных опор  вл етс  повышенное энергопотребление обмотками подмагничивани  и управлени .

Известна  конструкци  опоры содержит магнитопровод щий статор, состо щий из  рма, равномерно расположенных по окружности восьми полюсов, ротора. В соос- ном положении величина рабочего зазора (6ц) между ротором и полюсами статора по длине окружности посто нна. Каждый полюс имеет катушку с обмоткой подмагничивани  и катушку с обмоткой управлени  положением ротора по соответствующим координатам.

ы ш а со

Ы

Недостатком известной конструкции опоры ЭМ  вл етс  повышенный расход электроэнергии в обмотках катушек управлени  при стабилизации соосности, вращающегос  магнитопровод щего ротора во врем  эксплуатации.

Сущность изобретени  состоит в следующем (фиг.2):

Конструкци  ЭМО включает магнито- провод щий ротор 3, размещенный с зазором относительно магнитопровод щего статора 4, состо щего из  рма 1 и симмет- ричнно размещенными относительно координатной оси парами полюсов 2 с внутренними криволинейными поверхност ми 7. Каждый полюс 1 имеет две катушки с обмотками: обмотку подмагничивани  6 и обмотку управлени  5. Внутренн   поверхность каждой пары полюсов выполнена криволинейнойс образованием неравномерного по окружности зазора с ротором , при этом у краев полюсов с соседними парами полюсов зазор минимален, а вблизи координатной оси симметрии каждой пары полюсов зазор максимален.

На фиг.1 изображена конструкци  ЭМО с равномерно расположенными по окружности полюсами статора и посто нным по длине окружности рабочим зазором между ротором и полюсами статора в состо нии соосности; на фиг,2 - конструкци  ЭМО с неравномерным по окружности рабочим зазором между ротором и каждой парой полюсов статора; изображен частный случай: число полюсов р 8, а расточка внутренней поверхности каждой пары полюсов выполнена по окружности радиуса г, центр которой находитс  на оси симметрии, не совпадающем с центром соосности (изобретение ).

Как показано на фиг.2, ЭМО содержит магнитопровод щий ротор 3, магнитопро- вод щий статор 4, состо щий из  рма 1 и симметрично размещенными относительно координатной оси парами полюсов 2. Каждый полюс 2 имеет две катушки с обмотками: обмотку подмагничивани  6 и обмотку управлени  5. Внутренн   поверхность 7 каждой пары полюсов выполнена криволинейной с образованием неравномерного по окружности зазора с ротором, при этом у краев полюсов с соседними парами зазор минимален,, а вблизи координатной оси симметрии ОУ каждой пары полюсов зазор максимален, т.е. величина зазора увеличиваетс  от (Змин до б макс по длине дуги от периферии к оси симметрии ОУ. С целью уменьшени  потерь в опоре ЭМ на вихревые токи и увеличени  быстродействи  статор выполнен из набора шихтованных

й

пластин , а магнитопровод щий ротор - из набора шихтованных колец. При этом чередование пол рности полюсов (если статор содержит более одной пары полюсов) обес5 печиваетс  соответствующим подключением обмоток полюсных катушек, причем полюса, примыкающие к участку магнито- провода между парами полюсов, имеют одинаковую пол рность.

Ю Опора ЭМ работает следующим образом . Обмотки подмагничивани  обеспечивают необходимую раст жку ротора (магнитную) и тем самым определ ют рабочую точку на кривой намагничивани  стали,

15 котора  обеспечивает заданный интервал регулировани  электрического тока в обмотках управлени  положением ротора. При отклонении магнитопровод щего ротора от положени  равновеси  возникают сигналы,

20 подающиес  на обмотку управлени  соответствующей координаты, электрический ток в обмотке управлени  измен етс  по величине, и электромагнитна  сила возврата увеличиваетс , и ротор возвращаетс  в

25 положение равновеси .

Сравнительный анализ работы прототипа (фиг,1) и ЭМО изобретени  (фиг.2) покат зывает, что при отклонении ротора от положени  равновеси  (А 0) при наличии

30 электрического тока в обмотках подмагничивани  сила прит жени  ротора к полюсам статора в за вл емой конструкции значительно ниже, чем в прототипе, в св зи с чем требуетс  и формирование меньших по ве35

личине сил возврата ротора в исходное положение , что потребует и меньших затрат электроэнергии на формирование этих сил возврата.

Дл  большей нагл дности преимущества за вл емой конструкции рассмотрим вариант сравнени  при равенстве магнитной проводимости рабочего зазора прототипа и за вл емой конструкции. Этот вариант сравнени  наиболее целесообразен, т.к. в данном случае речь идет об экономии электрической энергии, затрачиваемой на возврат ротора в исходное положение при его отклонении от соосности. Условием же равенства потребл емой энергии в положении равновеси  (Д 0)  вл етс  равенство магнитных проводимостей рабочих зазоров.

Расчет проводиле  при следую щих исходных данных частного случа , когда внутренн   расточка каждой пары полюсов выполнена по окружности радиуса г, центр которой лежит на оси симметрии и отстоит от центра соосности на величину Ј :

дл  прототипа: г 150,6 мм; гр 150мм; бн 0,6 мм, р 8; г гр + (5Н;

дл  предложенной конструкции по за вке: г 150,1 мм; гр 150 мм, (5Мин

Д о

0,55534 мм. (We 0,63743 мм, р 8, е

А о

0,548 мм, 3прив. 0.6 мм, ( (5прив. - приведенный зазор).

В обеих конструкци х: высота полюсов 59 мм, осева  длина статора L 50 мм, материал магнитопровода: сталь ЭЗЗО ГОСТ 21427.0-75.

Удельные параметры, относительно которых были проведены расчеты: . AR

К1

го зазора; FR

- магнитна  проводимость рабоче4

К2

- равнодействующа  сила прит же ( , действующа  на одном полюсе;

Ь- К2

FR

- проекци  равнодействующей прит жени 

dr.

F«i

К2

на направление оси

сумма всех проекций равнодей-

- сумма всех проекций равнодей- К2

ствующих сил прит жени , действующих на 4- полюсах, на ось ОУ дл  прототипа;

j Fy2

К2

ствующих сил прит жени , действующих на 4-х полюсах, на ось ОУ дл  конструкции по за вке;

Ki, Кг - размерные константы соответствующих параметров; |Fyl Fy2 . foo % - эффек

тивность или относительный выигрыш вуп- равл ющих силах, т.е чем выше эта величина, тем требуетс  меньший расход электрической энергии на создание управ- л  ощих электромагнитных сил.

Показатель экономии электроэнергии заиисит от крутизны кривой намагничива

ни  стали, т.е. от выбора используемого магнитного материала ЭМО. Как правило, одновременно не удаетс  совместить в одном магнитном материале и требование высокой прочности при больших угловых скорост х вращени , и требование необходимых магнитных свойств материала. Отсюда и возможность получени  широкого диапазона получаемой экономии электроэнергии в

зависимости от выбора магнитного матери- ала ЭМО.

В данном случае существенным  вл етс  то, что за вленна  конструкци  ЭМО

обеспечивает маньшую силу прит жени  ротора к полюсам статора при отклонении ротора от положени  соосности. И именно это уменьшение силы прит жени  приводит к тому следствию, которое ведет к достаточности создани  меньших управл ющих сил, необходимых дл  возврата ротора в исходное положение, а это ведет к меньшему потреблению электроэнергии на переходных режимах работы ЭМО.

Таким образом, использование изобретени  позволит существенно повысить надежность ЭМО при минимальном расходе электроэнергии по сравнению с прототипом .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Электромагнитна  опора, содержаща  магнитопровод щий ротор, размещенный с зазором относительно магнитопровод ще- го статора с симметрично размещенными относительно координатных осей полюсами , на которых расположены обмотки под- магничивани  и обмотки управлени  дл  каждой пары соседних полюсов, отличающа с  тем, что поверхность каждого полюса статора выполнена криволинейной с образованием неравномерного по окружности зазора между ротором и полюсами статора, причем у краев полюсов с

   соседней парой полюсов зазор минимален , а вблизи координатной оси симметрии каждой пары полюсов - максимален.

   AS3

   фе/г.2

   л

   1838682

   У