RU2595998C2

RU2595998C2 - Magnetic bearing

Info

Publication number: RU2595998C2
Application number: RU2014149467/11A
Authority: RU
Inventors: Федор Георгиевич Кочевин; Павел Васильевич Киселев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ПСКОВСКАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ КОМПАНИЯ"
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2016-08-27
Also published as: RU2014149467A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to machine building, specifically to non-contact bearing assemblies with electromagnetic bearings, and can be used in designing high-speed rotor units. Magnetic bearing for support of rotor to rotate consists of two magnetically conductive rings (1), connected to each other by solid magnetic conducting rods (2), with coils (3). Coils (3) are located around bearing axis parallel to axes, each of coils (3) has a magnetic core and winding (5) providing axial arrangement of magnetic flux. Windings (5) are located on bushings (4) made of insulating material, and bushing (4), in its turn, are located on rods (2), which are cores of coils (3) and connecting two rings (1).

EFFECT: technical result is improvement of manufacturability of magnetic bearing, reliability and ease of repair, as well as widening range of perceived axial loads, due to use of whole core coils.

5 cl, 10 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным опорным узлам с электромагнитными подшипниками, и может быть использовано при создании высокооборотных роторных агрегатов.The invention relates to mechanical engineering, namely to non-contact support nodes with electromagnetic bearings, and can be used to create high-speed rotary assemblies.

Известна магнитная опора, использующая отталкивающие магнитные силы по патенту US 2005047430 (заявка WO 2006074070) в котором ротор и статор имеют взаимодействующие конические элементы, выполненные таким образом, чтобы иметь зазор между ними со значительным углом наклона к главной оси опоры.Known magnetic support using repulsive magnetic forces according to patent US 2005047430 (application WO 2006074070) in which the rotor and stator have interacting conical elements, made in such a way as to have a gap between them with a significant angle of inclination to the main axis of the support.

Наиболее близким к предлагаемому является магнитный радиальный подшипник для поддержки с возможностью вращения ротора по патенту ЕР 2012072960 (заявка WO 2013087360), содержащий статор, с множеством катушек, причем катушки расположены по окружности вокруг оси радиального подшипника, каждая из катушек имеет сердечник, состоящий из листов, и на каждом сердечнике имеется обмотка, причем отдельные листы сердечника уложены в направлении по окружности, и обмотки формируют аксиальную организацию магнитного потока. Таких катушек может иметься четыре попарно противопоставленных. Каждый сердечник выполнен дугообразно в продольном направлении и имеет U-образное поперечное сечение, а обмотки намотаны вокруг средней (соединяющей) части в направлении, перпендикулярном к оси радиального подшипника. По обе стороны от катушки на сердечнике установлены направляющие. Система катушек установлена в двух кольцевых корпусах.Closest to the present invention is a magnetic radial bearing for rotatably supporting a rotor according to patent EP 2012072960 (application WO 2013087360), comprising a stator with a plurality of coils, the coils being arranged circumferentially around the axis of the radial bearing, each of the coils has a core consisting of sheets , and on each core there is a winding, with individual sheets of the core stacked in a circumferential direction, and the windings form the axial organization of the magnetic flux. There can be four pairs of such coils opposed. Each core is made arcuate in the longitudinal direction and has a U-shaped cross section, and the windings are wound around the middle (connecting) part in a direction perpendicular to the axis of the radial bearing. Guides are installed on both sides of the coil on the core. The coil system is installed in two ring housings.

Недостатком указанного устройства является сложность в изготовлении сердцевин катушек, а также низкие значения воспринимаемой осевой нагрузки.The disadvantage of this device is the difficulty in the manufacture of core cores, as well as low values of perceived axial load.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является использование цельного сердечника катушек и повышение величины воспринимаемой осевой нагрузки.The technical problem solved by the invention is the use of a single core coil and an increase in the perceived axial load.

Техническая задача решается применением колец, соединенных цельными стержнями с установленными на них катушками. Внутренние отверстия колец могут быть выполнены цилиндрическими или коническими, причем в последнем случае шейки ротора, взаимодействующие с кольцами, также выполнены коническими.The technical problem is solved by the use of rings connected by integral rods with coils mounted on them. The inner holes of the rings can be made cylindrical or conical, and in the latter case, the rotor necks interacting with the rings are also made conical.

Изобретение поясняется следующими фигурами.The invention is illustrated by the following figures.

На фиг. 1, 2 изображен магнитный подшипник с тремя катушками в группе и цилиндрическим отверстием.In FIG. 1, 2 shows a magnetic bearing with three coils in a group and a cylindrical bore.

На фиг. 3, 4 изображен магнитный подшипник с двумя катушками в группе и цилиндрическим отверстием.In FIG. 3, 4, a magnetic bearing with two coils in a group and a cylindrical bore is shown.

На фиг. 5, 6 изображен магнитный подшипник с двумя катушками в группе и коническим отверстием.In FIG. 5, 6, a magnetic bearing with two coils in a group and a conical bore is shown.

На фиг. 7 изображена магнитная опора цилиндрического вала.In FIG. 7 shows the magnetic support of a cylindrical shaft.

На фиг. 8, 9 изображена магнитная опора валов с коническими участками.In FIG. 8, 9 shows the magnetic bearing of the shafts with conical sections.

На фиг. 10 изображена магнитная левитация вала в магнитных полях.In FIG. 10 shows magnetic shaft levitation in magnetic fields.

Согласно фиг. 1, 2, 3, 4 магнитный подшипник состоит из двух колец 1, соединенных между собой сплошными стержнями 2, с установленными на них катушками 3, состоящими из втулок 4 и содержащими обмотку 5. Кольца 1 и стержни 2 изготовлены из магнитных материалов, в то время как втулки 4 - из изоляционного материала. С целью управления токами в обмотках 5, последние разделены на группы, и каждая группа отделена от соседней пазами 6, выполненными на кольцах 1. Количество групп катушек 3 может быть не менее трех, а соединение обмоток 5 внутри одной группы может быть как параллельным, так и последовательным. Поверхности 7, расположенные внутри колец 1, выполняют роль полюсов магнитопроводов, проводящих регулируемые магнитные потоки, обеспечивающие бесконтактную поддержку вала 8 (фиг. 7, 8) с постоянными зазорами. Ширина пазов 6 должна быть приблизительно в 10 раз больше, чем величина зазора между валом 8 и поверхностями 7. Сегментированные пазами 6 поверхности 7 могут быть выполнены цилиндрическими или коническими. Во втором случае центральное отверстие одного кольца 1 меньше, чем у другого, для того, чтобы поверхности 7 могли быть расположены на одном конусе. При этом ответная часть вала 8 должна иметь соответствующий конус. Материал ответных частей вала 8 может как совпадать с материалом колец 1, так и отличаться от него, например быть более магнитопроницаемым.According to FIG. 1, 2, 3, 4, the magnetic bearing consists of two rings 1, interconnected by solid rods 2, with coils 3 mounted on them, consisting of bushings 4 and containing a winding 5. The rings 1 and rods 2 are made of magnetic materials, while while bushings 4 are made of insulating material. In order to control the currents in the windings 5, the latter are divided into groups, and each group is separated from the neighboring grooves 6 made on the rings 1. The number of groups of coils 3 can be at least three, and the connection of the windings 5 within one group can be either parallel or and consistent. The surface 7, located inside the rings 1, serve as the poles of the magnetic circuits, conducting adjustable magnetic fluxes, providing non-contact support for the shaft 8 (Fig. 7, 8) with constant gaps. The width of the grooves 6 should be approximately 10 times greater than the size of the gap between the shaft 8 and the surfaces 7. Segmented grooves 6 of the surface 7 can be made cylindrical or conical. In the second case, the central hole of one ring 1 is smaller than that of the other, so that surfaces 7 can be located on one cone. In this case, the counterpart of the shaft 8 should have a corresponding cone. The material of the mating parts of the shaft 8 can both coincide with the material of the rings 1, and differ from it, for example, be more magneto-permeable.

Расположив два таких подшипника симметричным образом (в соответствии с фиг. 8 или фиг. 9) можно удерживать вал 8 так, чтобы воспринимать значительные осевые нагрузки. В зависимости от величины предполагаемой осевой нагрузки угол при вершине конуса, образующего внутренние поверхности 7 колец 1 и ответных частей вала 8, находится в пределах (варьируется на стадии изготовления) от 10° до 60°.By arranging two such bearings in a symmetrical manner (in accordance with FIG. 8 or FIG. 9), the shaft 8 can be held so as to absorb significant axial loads. Depending on the magnitude of the estimated axial load, the angle at the apex of the cone forming the inner surfaces 7 of the rings 1 and the counterparts of the shaft 8 is in the range (varies at the manufacturing stage) from 10 ° to 60 °.

Подшипник работает следующим образом (фиг. 10). При протекании в обмотках 5 электрического тока в пределах каждой группы обмоток образуется магнитный поток 9, проходящий через стержни 2, кольца 1 и через сегментированные поверхности 7 и создающий действующую на вал 8 электромагнитную силу. За счет того, что сегментированные поверхности 7 расположены симметрично по периферии вала 8, а изменение электрического тока и, соответственно, магнитного потока 9 в пределах каждой отдельной группы обмоток производится по своему определенному алгоритму, осуществляется магнитная левитация вала 8.The bearing operates as follows (Fig. 10). When an electric current flows in the windings 5 within each group of windings, a magnetic flux 9 is formed, passing through the rods 2, rings 1 and through the segmented surfaces 7 and creating an electromagnetic force acting on the shaft 8. Due to the fact that the segmented surfaces 7 are located symmetrically on the periphery of the shaft 8, and the change in the electric current and, accordingly, the magnetic flux 9 within each individual group of windings is made according to its own specific algorithm, the magnetic levitation of the shaft 8 is carried out.

Техническим результатом является повышение технологичности изготовления магнитного подшипника, его надежности и простоты ремонта, а также увеличение диапазона воспринимаемых осевых нагрузок.The technical result is to increase the manufacturability of manufacturing a magnetic bearing, its reliability and ease of repair, as well as increasing the range of perceived axial loads.

Claims

1. Magnetic bearing for supporting the rotor with the possibility of rotation, containing two magnetically conductive rings, with many coils, and the coils are located around the circumference around the axis of the bearing with parallel axes, each of the coils has a magnetically conductive core and winding, providing axial organization of magnetic flux, different the fact that the windings are on bushings made of insulating material, and the bushings, in turn, are on solid magnetically conductive rods, which are the cores of nis and connecting the two rings.

2. The magnetic bearing according to claim 1, characterized in that the coils are divided into at least three groups due to grooves made on the rings.

3. The magnetic bearing according to claim 2, characterized in that the inner holes of the rings are cylindrical.

4. The magnetic bearing according to claim 2, characterized in that the inner holes of the rings are tapered.

5. The magnetic bearing according to claim 2, characterized in that the angle at the apex of the cone forming the inner holes of the rings is in the range from 10 ° to 60 °.