RU2518053C1 - Способ и устройство управления положением ротора в магнитных подшипниках - Google Patents
Способ и устройство управления положением ротора в магнитных подшипниках Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518053C1 RU2518053C1 RU2012142438/07A RU2012142438A RU2518053C1 RU 2518053 C1 RU2518053 C1 RU 2518053C1 RU 2012142438/07 A RU2012142438/07 A RU 2012142438/07A RU 2012142438 A RU2012142438 A RU 2012142438A RU 2518053 C1 RU2518053 C1 RU 2518053C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- control
- electromagnets
- power converter
- magnetic
- Prior art date
Links
Images
Abstract
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. Управление положением ротора осуществляют по напряженности внешнего магнитного поля магнитных подшипников на постоянных магнитах, использующихся в качестве основных опорных подшипников, информация об изменении которой поступает в пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор и силовой преобразователь, которые регулируют напряжение на двух электромагнитах, управляющих неустойчивостью ротора. Устройство управления магнитным подшипником содержит магнитные подшипники на постоянных магнитах, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, два электромагнита, датчики положения ротора, выполненные в виде датчиков внешнего магнитного поля, установленных на внешней поверхности корпуса. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к электромеханическим преобразователям энергии на магнитных подшипниках.
Известен механизм с магнитным подвесом ротора (а.с. СССР №1569932, Н02K 7/09, 1990 г.), в котором каждый канал системы содержит датчик положения ротора, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь и два электромагнита.
Недостатком данной конструкции является сложность ее технической реализации и невысокая надежность, вызванная тем, что в данной системе применяются датчики перемещения ротора, которые необходимо устанавливать внутри корпуса электромеханического преобразователя энергии.
Известна конструкция системы управления магнитным подшипником (патент РФ № 2181922 С2, Н02Р 6/16, Н02K 7/09, Н02K 29/06,2002.04.27), каждый канал управления которой содержит датчик положения ротора, силовой преобразователь, два электромагнита, причем обмотки электромагнитов подключены к силовому преобразователю, каждый канал которого снабжен интегральным регулятором и форсирующим регулятором второго порядка, причем выход интегрального регулятора соединен с прямым входом форсирующего регулятора второго порядка, выход которого соединен с входом силового преобразователя, а выход датчика положения ротора соединен с инверсными входами обоих регуляторов.
Недостатком данной конструкции является сложность ее технической реализации и невысокая надежность, вызванная тем, что в данной системе применяются датчики перемещения ротора, которые необходимо устанавливать внутри корпуса электромеханического преобразователя энергии.
Известна конструкция магнитного подшипника(патент РФ 2246644 С1, F16C 32/04, 2005.02.20), в которой модуль управления содержит формирователь вектора радиального перемещения ротора, соединенный выходом через блок динамической обработки сигнала радиального отклонения со входом формирователя управляющих токов в обмотках управления радиальной опоры, который выходами подключен ко входам соответствующих усилителей мощности канала стабилизации радиального положения ротора, выходы которых являются первыми управляющими выходами модуля управления, блок контроля процесса управления, выполненный с возможностью передачи управляющей информации в систему автоматического управления машины, выпрямитель напряжения выходами соединен через емкостный фильтр со входами регулятора напряжения и источника вторичного электропитания, выполненного с возможностью подключения к выводам электропитания всех блоков модуля управления, причем один из выходов емкостного фильтра и выход регулятора напряжения являются третьими управляющими выходами модуля управления, при этом входы формирователя вектора радиального перемещения ротора являются первыми информационными входами модуля управления, а формирователь управляющих токов в обмотках управления радиальной опоры выполнен с возможностью реализации векторной стабилизации ротора по осям в радиальных направлениях.
Недостатком данной конструкции также является сложность ее технической реализации и невысокая надежность, вызванная тем, что в данной системе применяются датчики перемещения ротора, которые необходимо устанавливать внутри корпуса электромеханического преобразователя энергии.
Наиболее близкой к предлагаемой конструкции и способу является способ управления неустойчивостью в гидродинамических подшипниках (патент РФ №2399803, F16C 17/02, 08.06.2005), по которому управление неустойчивостью гидродинамических подшипников, включающих гидродинамические подшипники, используемые в узлах высокоскоростных роторов или валов, включает использование магнитного подшипника в комбинации с гидродинамическим подшипником, причем гидродинамический подшипник используют в качестве подшипника, воспринимающего основную нагрузку, а магнитный подшипник используют в качестве средства управления неустойчивостью в гидродинамическом подшипнике.
Недостатком такой конструкции является наличие смазки в гидродинамическом подшипнике, которая ограничивает применение данной системы в агрессивных средах, а также сложность ее технической реализации и невысокая надежность, вызванная тем, что в данной системе применяются датчики перемещения ротора, которые необходимо устанавливать внутри корпуса электромеханического преобразователя энергии.
Задача изобретения - повышение точности и надежности управления магнитным подшипником.
Техническим результатом является контроль и управление положением ротора электромеханического преобразователя энергии в магнитном подшипнике посредством датчиков, установленных на внешней поверхности корпуса.
Указанный результат достигается тем, что в способе, управления положением ротора в магнитных подшипниках, заключающиеся в получении сигнала с датчика, электрически соединенного с пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором и силовым преобразователем, согласно изобретению, управление положением ротора осуществляют по напряженности внешнего магнитного поля магнитных подшипников на постоянных магнитах, использующихся в качестве основных опорных подшипников, информация об изменении которой поступает в пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор и силовой преобразователь, которые регулируют напряжение на двух электромагнитах, посредством которых управляют неустойчивостью ротора.
Кроме того указанный результат достигается тем, что в устройстве управления магнитным подшипником, содержащем магнитные подшипники на постоянных магнитах, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь и два электромагнита, согласно изобретению,датчики положения ротора выполнены в виде датчиков внешнего магнитного поля, установленных на внешней поверхности корпуса.
Существо изобретения поясняется чертежами. На фигуре 1 изображено устройство управления положением ротора в магнитных подшипниках. На фигуре 2 изображен способ установки датчика внешнего магнитного поля на внешней поверхности корпуса электромеханического преобразователя энергии. На фигуре 3 изображена картина внешнего магнитного поля магнитного подшипника при отсутствии эксцентриситета. На фигуре 4 изображена картина внешнего магнитного поля магнитного подшипника при эксцентриситете 30%.
Предложенное устройство содержит (фиг.1) корпус 1, в котором установлен датчик внешнего магнитного поля 2, электрически соединенный с силовым преобразователем 3, и магнитные подшипники на постоянных магнитах, которые представляют собой внешний 4 и внутренний 5 кольцевыепостоянные магниты, причем внешний магнит жестко закреплена корпусе, а внутренний - на валу 6, два электромагнита 7, электрически соединенные с силовым преобразователем 3 и пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором 8. Причем датчик внешнего магнитного поля установлен на внешней поверхности корпуса (фиг.2).
Устройство управления положением ротора в магнитных подшипникахработает следующим образом. Внешний и внутренний кольцевые постоянные магниты магнитного подшипника на постоянных магнитахпри вращении вала под действием центробежной силы смещаются друг относительно друга, тем самым возникает эксцентриситет, который с одной стороны уменьшает зазор между внешним и внутренним кольцом, а с другой стороны увеличивает. При этом изменяется значение магнитной индукции, а следовательно, и напряженности внешнего магнитного поля, (фиг.3), (фиг.4). Данное изменение напряженности внешнего магнитного поля магнитного подшипника фиксируется датчиком внешнего магнитного поля, в качестве которого может выступать, например, датчик Холла.
Ввиду того, что датчик внешнего магнитного поля установлен на внешней поверхности корпуса, повышается надежность управления положением ротора в магнитном подшипнике.
Далее сигнал от датчика передается на силовой преобразователь, который посредством математических вычислений в пропорционально-интегрально-дифференциальным регуляторе либо усиливает, либо снижает напряжение на электромагнитах.
Пример конкретной реализации способа.
При смещении ротора на 30% от номинального под действием центробежных сил, например, в высокоскоростном шпиндельном узле шлифовальной группы на магнитных подшипниках, возникает механическая нестабильность и колебания ротора и, как следствие, нарушение требований к обрабатываемой поверхности. Напряженность внешнего магнитного поля магнитных подшипников при этом изменяется с 166340 А/м до 166270 А/м. Датчик Холла фиксирует это изменение и увеличивает посредством силового преобразователя и пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора, изготовленных,например, на микросхеме КР 140 УД 708, транзисторах КТ 829, КТ 315 Г, КТ 852, напряжение на электромагнитах на 50%. Как следствие, сила притяжения электромагнитов увеличивается также в два раза, и ротор высокоскоростного шпиндельного узла шлифовальной группы, под действием силы притяжения электромагнитов, возвращается в исходное номинальное положение. Шпиндельный узел продолжает эксплуатироваться в стабильном состоянии, и поверхность обрабатывается в соответствии с необходимыми требованиями.
Таким образом, осуществляется управление положением ротора в магнитных подшипниках.
Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить точность и надежность управления магнитным подшипником.
В результате устройство управления положением ротора в магнитных подшипниках позволяет осуществить контроль и управление положением ротора электромеханического преобразователя энергии в магнитном подшипнике посредством датчиков, установленных в глухих отверстиях на внешней поверхности корпуса.
Claims (2)
1. Способ управления положением ротора в магнитных подшипниках, заключающийся в получении сигнала с датчика, электрически соединенного с пропорционально-интегрально-дифференциальным регулятором и силовым преобразователем, отличающийся тем, что управление положением ротора осуществляют по напряженности внешнего магнитного поля магнитных подшипников на постоянных магнитах, использующихся в качестве основных опорных подшипников, информация об изменении которой поступает в пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор и силовой преобразователь, которые регулируют напряжение на двух электромагнитах, посредством которых управляют неусточивостью ротора.
2. Устройство управления магнитным подшипником, содержащее магнитные подшипники на постоянных магнитах, пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь и два электромагнита, отличающееся тем, что датчики положения ротора выполнены в виде датчиков внешнего магнитного поля, установленных на внешней поверхности корпуса.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012142438/07A RU2518053C1 (ru) | 2012-10-04 | 2012-10-04 | Способ и устройство управления положением ротора в магнитных подшипниках |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012142438/07A RU2518053C1 (ru) | 2012-10-04 | 2012-10-04 | Способ и устройство управления положением ротора в магнитных подшипниках |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012142438A RU2012142438A (ru) | 2014-04-27 |
| RU2518053C1 true RU2518053C1 (ru) | 2014-06-10 |
Family
ID=50515063
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012142438/07A RU2518053C1 (ru) | 2012-10-04 | 2012-10-04 | Способ и устройство управления положением ротора в магнитных подшипниках |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2518053C1 (ru) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU156993A1 (ru) * | , действительный изобретатель | БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬЗа влено 17 феврал 1961 г. за Л» 697326/24-7 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Л\инистров СССРОпубликовано в «Бюллетене изобретений и товарных знаков» № 17 за 1963 г. | ||
| US5486729A (en) * | 1992-03-09 | 1996-01-23 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for controlling a magnetic bearing |
| RU2181922C2 (ru) * | 1999-11-16 | 2002-04-27 | Самарский государственный технический университет | Система управления электромагнитным подвесом ротора |
| RU43661U1 (ru) * | 2004-10-21 | 2005-01-27 | Кравцова Елена Васильевна | Многоканальный цифровой регулятор для системы управления электромагнитным подвесом ротора |
| RU2246644C1 (ru) * | 2003-07-14 | 2005-02-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" | Подшипник системы энергонезависимого активного магнитного подвеса ротора |
| CN1713490A (zh) * | 2005-05-18 | 2005-12-28 | 江苏大学 | 无轴承永磁同步电机数控伺服系统与控制方法 |
| RU62750U1 (ru) * | 2004-06-29 | 2007-04-27 | Ксиаохуа КСУ | Бесщеточный электродвигатель постоянного тока с внешним элементом холла |
| RU2399803C2 (ru) * | 2004-06-15 | 2010-09-20 | Али ЭЛЬ-ШАФЕИ | Способы управления неустойчивостью в гидродинамических подшипниках |
| CN101931371A (zh) * | 2010-08-06 | 2010-12-29 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 磁悬浮轴承控制功放一体化系统 |
| RU109243U1 (ru) * | 2011-03-21 | 2011-10-10 | Открытое акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (ОАО "ОКБМ Африкантов") | Система электромагнитных подшипников |
-
2012
- 2012-10-04 RU RU2012142438/07A patent/RU2518053C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU156993A1 (ru) * | , действительный изобретатель | БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬЗа влено 17 феврал 1961 г. за Л» 697326/24-7 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Л\инистров СССРОпубликовано в «Бюллетене изобретений и товарных знаков» № 17 за 1963 г. | ||
| US5486729A (en) * | 1992-03-09 | 1996-01-23 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for controlling a magnetic bearing |
| RU2181922C2 (ru) * | 1999-11-16 | 2002-04-27 | Самарский государственный технический университет | Система управления электромагнитным подвесом ротора |
| RU2246644C1 (ru) * | 2003-07-14 | 2005-02-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" | Подшипник системы энергонезависимого активного магнитного подвеса ротора |
| RU2399803C2 (ru) * | 2004-06-15 | 2010-09-20 | Али ЭЛЬ-ШАФЕИ | Способы управления неустойчивостью в гидродинамических подшипниках |
| RU62750U1 (ru) * | 2004-06-29 | 2007-04-27 | Ксиаохуа КСУ | Бесщеточный электродвигатель постоянного тока с внешним элементом холла |
| RU43661U1 (ru) * | 2004-10-21 | 2005-01-27 | Кравцова Елена Васильевна | Многоканальный цифровой регулятор для системы управления электромагнитным подвесом ротора |
| CN1713490A (zh) * | 2005-05-18 | 2005-12-28 | 江苏大学 | 无轴承永磁同步电机数控伺服系统与控制方法 |
| CN101931371A (zh) * | 2010-08-06 | 2010-12-29 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | 磁悬浮轴承控制功放一体化系统 |
| RU109243U1 (ru) * | 2011-03-21 | 2011-10-10 | Открытое акционерное общество "Опытное Конструкторское Бюро Машиностроения имени И.И. Африкантова" (ОАО "ОКБМ Африкантов") | Система электромагнитных подшипников |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012142438A (ru) | 2014-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4128795A (en) | Device for damping the critical frequencies of a rotor suspended by a radial electromagnetic bearing | |
| US8136426B2 (en) | Rotary table mounting and drive device | |
| CN104533945B (zh) | 一种由轴向混合磁轴承实现转子五自由度悬浮结构 | |
| RU2372535C2 (ru) | Устройство увеличения допустимой осевой нагрузки в подшипниковой системе ротора | |
| RU2475928C1 (ru) | Высокоскоростная магнитоэлектрическая машина с вертикальным валом | |
| JP6351400B2 (ja) | 改良された能動型磁気軸受制御システム | |
| EP2528202A2 (en) | Electromagnetic actuator | |
| CN105333010A (zh) | 一种磁悬浮轴承控制装置及磁悬浮轴承系统 | |
| EP3679258B1 (en) | Device provided with a bearing-in-bearing | |
| GB2298901A (en) | Gas turbine engine axial thrust balancing | |
| US9755477B2 (en) | Magnetic mounting with force compensation | |
| US10968949B2 (en) | Magnetic bearing control device and vacuum pump | |
| CN102303709B (zh) | 一种大力矩磁悬浮飞轮 | |
| RU2518053C1 (ru) | Способ и устройство управления положением ротора в магнитных подшипниках | |
| JP2012036928A (ja) | 回転機器 | |
| KR101314497B1 (ko) | 주축용 베어링의 가변 예압장치 | |
| CN104533946B (zh) | 一种由轴向磁轴承实现转子五自由度悬浮结构 | |
| RU2246644C1 (ru) | Подшипник системы энергонезависимого активного магнитного подвеса ротора | |
| RU2656871C1 (ru) | Способ управления положением ротора электрической машины на бесконтактных подшипниках (варианты) и электрическая машина для его реализации | |
| Lim et al. | Control of Lorentz force-type self-bearing motors with hybrid PID and robust model reference adaptive control scheme | |
| RU2539690C1 (ru) | Способ бессенсорного управления положением ротора в бесконтактных подшипниках | |
| RU2557333C1 (ru) | Способ разгрузки подшипников электромеханических преобразователей энергии | |
| RU2562448C1 (ru) | Бесподшипниковая электрическая машина | |
| RU33625U1 (ru) | Подшипник системы энергонезависимого активного магнитного подвеса ротора | |
| JP2020526166A (ja) | 電気機械システム |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141005 |