RU2638392C2 - Magnetic support with additional magnetic system - Google Patents

Magnetic support with additional magnetic system Download PDF

Info

Publication number
RU2638392C2
RU2638392C2 RU2015156520A RU2015156520A RU2638392C2 RU 2638392 C2 RU2638392 C2 RU 2638392C2 RU 2015156520 A RU2015156520 A RU 2015156520A RU 2015156520 A RU2015156520 A RU 2015156520A RU 2638392 C2 RU2638392 C2 RU 2638392C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
support
magnets
magnetic
rotating
Prior art date
Application number
RU2015156520A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015156520A (en
Inventor
Константин Сергеевич Евтушенко
Иван Юрьевич Тарасенко
Original Assignee
Акционерное общество "ТВЭЛ" (АО "ТВЭЛ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "ТВЭЛ" (АО "ТВЭЛ") filed Critical Акционерное общество "ТВЭЛ" (АО "ТВЭЛ")
Priority to RU2015156520A priority Critical patent/RU2638392C2/en
Publication of RU2015156520A publication Critical patent/RU2015156520A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2638392C2 publication Critical patent/RU2638392C2/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406—Magnetic bearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
    • B04B9/12—Suspending rotary bowls ; Bearings; Packings for bearings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

FIELD: machine engineering.
SUBSTANCE: magnetic support of a device with a rotor having a mechanical contact pair between rotating and non-rotating elements of the device contains an additional system of permanent magnets installed coaxially with the rotor at a distance from the mechanical contact pair, wherein the reciprocal axial movement of permanent magnet data during operation of the device can be ignored. At that, one or several magnets are mounted on a rotating part-rotor, and one or several response magnets are mounted on the fixed part.
EFFECT: reduced load on lower support, increased reliability and durability of the operation.
5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к магнитным опорам быстровращающихся роторов, например роторов газовых центрифуг, накопителей энергии, генераторов, гироскопов и подобных устройств.The invention relates to mechanical engineering, mainly to the magnetic supports of rapidly rotating rotors, for example gas centrifuge rotors, energy storage devices, generators, gyroscopes and similar devices.

Существует большое многообразие предложений по построению магнитных опор на постоянных магнитах. Магнитные опоры многофункциональны и позволяют решить многие проблемы, например, разгрузку нижней опоры от осевой нагрузки, обеспечение бесконтактной радиальной жесткой связи ротора с неподвижной частью, центровку ротора относительно корпуса.There is a wide variety of proposals for the construction of permanent magnetic poles. Magnetic bearings are multifunctional and can solve many problems, for example, unloading the lower support from axial load, providing non-contact radial rigid connection of the rotor with the fixed part, and the centering of the rotor relative to the housing.

При увеличении веса ротора, а также при его продольных деформациях в процессе эксплуатации, нагрузка на нижнюю опору может превышать допустимые величины, так как силы взаимодействия в магнитной опоре ограничены тяговыми характеристиками магнитной опоры и реализуемыми эксплуатационными магнитными зазорами.With an increase in the weight of the rotor, as well as with its longitudinal deformations during operation, the load on the lower support can exceed the permissible values, since the interaction forces in the magnetic support are limited by the traction characteristics of the magnetic support and the realized operational magnetic gaps.

Известна магнитная опора ротора, содержащая ферромагнитную втулку, закрепленную соосно ротору на его верхней крышке, кольцевой аксиально намагниченный магнит, установленный в корпусе над втулкой соосно с ней, и полюсный наконечник, выполненный в виде кольца с радиальной полкой у торца, примыкающего к нижнему торцу магнита (патент ФРГ №1071593, B04B 9/12, опубл. 09.06.1960 г.).Known magnetic support of the rotor, containing a ferromagnetic sleeve fixed coaxially to the rotor on its upper cover, an annular axially magnetized magnet mounted in the housing above the sleeve coaxially with it, and a pole tip made in the form of a ring with a radial shelf at the end adjacent to the lower end of the magnet (German patent No. 1071593, B04B 9/12, publ. 06/09/1960).

Данная магнитная опора обеспечивает вращение ротора без механических контактов с элементами верхней части корпуса, разгружает нижнюю опору и стабилизирует положение оси вращения ротора за счет радиальной жесткости, обусловленной действием симметричного магнитного поля. Однако изменение магнитного зазора между полюсным наконечником и роторной втулкой приводит к существенному изменению величины нагрузки на нижнюю опору. Кроме того, при увеличении массы ротора для снижения нагрузки на нижнюю опору применяются магниты увеличенных типоразмеров, что приводит к удорожанию магнитной опоры.This magnetic support provides the rotation of the rotor without mechanical contact with the elements of the upper part of the housing, unloads the lower support and stabilizes the position of the axis of rotation of the rotor due to radial rigidity due to the action of a symmetric magnetic field. However, a change in the magnetic gap between the pole piece and the rotor sleeve leads to a significant change in the magnitude of the load on the lower support. In addition, with an increase in rotor mass, magnets of larger sizes are used to reduce the load on the lower support, which increases the cost of the magnetic support.

Известна также магнитная опора вертикального ротора газовой центрифуги, в которой для усиления бесконтактной радиальной жесткой связи с неподвижной частью помимо основного магнита применен дополнительный магнит, установленный на наружной трубке газового коллектора, сила которого направлена против направления притяжения основного магнита (патент RU №2115481, МПК В04В 5/08, В04В 9/12, B01D 59/20, опубл. 20.07.1998).Also known is the magnetic support of a vertical rotor of a gas centrifuge, in which, in addition to the main magnet, an additional magnet mounted on the outer tube of the gas manifold, the force of which is directed against the direction of attraction of the main magnet, is used to strengthen non-contact radial rigid communication with the fixed magnet (patent RU No. 21114848, IPC V04B 5/08, B04B 9/12, B01D 59/20, publ. 07.20.1998).

Такая магнитная опора усиливает поперечную жесткую связь, но обладает еще большей чувствительностью к осевым перемещениям элементов опоры, а также сложна при сборке.Such a magnetic support reinforces the transverse rigid connection, but has even greater sensitivity to axial movements of the support elements, and is also difficult to assemble.

Задача данного изобретения состоит в создании магнитной опоры, которая может обеспечить требуемую нагрузку на нижнюю опору, для широкого диапазона величин массы ротора, обеспечивающей работоспособность быстровращающихся роторов в процессе разгона и эксплуатации, повышение надежности и долговечности работы, а также снижению ее себестоимости.The objective of this invention is to create a magnetic support, which can provide the required load on the lower support, for a wide range of masses of the rotor, ensuring the operability of rapidly rotating rotors during acceleration and operation, increasing the reliability and durability of the work, as well as reducing its cost.

Поставленная задача достигается тем, что магнитная опора устройства с ротором, имеющим механическую контактную пару между вращающимися и невращающимися элементами устройства, содержит дополнительную систему постоянных магнитов, установленных соосно с ротором, на расстоянии от механической контактной пары, при котором взаимным осевым перемещением данных постоянных магнитов при работе устройства можно пренебречь, при этом на вращающейся части-роторе установлен один или несколько магнитов, на неподвижной части установлен один или несколько ответных магнитов.The problem is achieved in that the magnetic support of the device with the rotor having a mechanical contact pair between the rotating and non-rotating elements of the device contains an additional system of permanent magnets mounted coaxially with the rotor at a distance from the mechanical contact pair, at which the mutual axial movement of these permanent magnets at the operation of the device can be neglected, while one or more magnets are installed on the rotating part-rotor, one or nly response magnets.

Кроме того, конфигурация магнитного поля дополнительной магнитной системы может обеспечивать как положительное, так и отрицательное осевое взаимодействие.In addition, the magnetic field configuration of the additional magnetic system can provide both positive and negative axial interaction.

Кроме того, сечение магнитов может иметь произвольную форму, представляющую различные геометрические фигуры и их комбинации, например прямоугольную.In addition, the cross section of the magnets may have an arbitrary shape representing various geometric shapes and their combinations, for example, rectangular.

Кроме того, магниты могут быть выполнены из материала с высокой электропроводностью, например из сплава системы неодим-железо-бор.In addition, the magnets can be made of a material with high electrical conductivity, for example, from an alloy of the neodymium-iron-boron system.

Кроме того, вращающаяся часть опоры может выполнять функции неподвижной части опоры и наоборот, при условии сохранения центральной симметрии магнитного поля.In addition, the rotating part of the support can perform the functions of the fixed part of the support and vice versa, provided that the central symmetry of the magnetic field is maintained.

Изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

Фиг. 1 - продольный разрез ротора.FIG. 1 is a longitudinal section through a rotor.

Магнитная опора ротора расположена в устройстве, в котором ротор 1 установлен в неподвижном корпусе 2, в качестве механической контактной пары игла 3, опирающаяся на подпятник 4. В крышке 5 корпуса 2 установлен магнит 6 с полюсным наконечником 7, на крышке 8 ротора 1 расположена ферромагнитная втулка 9. На роторе 1 установлен вращающийся магнит 10, на неподвижной части установлен ответный магнит 11. Вращение обеспечивается электроприводом 12. Взаимное расположение магнитов 10 и 11 выбирается (или рассчитывается) таким образом, чтобы параметры магнитной опоры - нагрузка на нижнюю опору, а следовательно, момент трения и величина бесконтактной радиальной жесткой связи были оптимальны для определенной величины массы ротора.The magnetic support of the rotor is located in a device in which the rotor 1 is mounted in a fixed housing 2, a needle 3 is used as a mechanical contact pair, supported by a thrust bearing 4. A magnet 6 with a pole tip 7 is installed in the cover 5 of the housing 2, and a ferromagnetic magnet is located on the cover 8 of the rotor 1 bushing 9. A rotating magnet 10 is mounted on the rotor 1, a response magnet 11 is mounted on the fixed part 11. The rotation is provided by the electric drive 12. The relative position of the magnets 10 and 11 is selected (or calculated) so that the parameters of the magnet oh the support - the load on the lower support, and therefore, the friction moment and the value of the contactless radial rigid connection were optimal for a certain value of the mass of the rotor.

Конфигурация магнитного поля дополнительной системы магнитов может обеспечивать как положительное, так и отрицательное осевое взаимодействие.The magnetic field configuration of the additional magnet system can provide both positive and negative axial interaction.

Магниты, как вращающиеся, так и неподвижные, могут состоять из нескольких колец, сцепленных на притяжение.Magnets, both rotating and stationary, can consist of several rings coupled to attraction.

Сечение магнитов может иметь произвольную форму, представляющую различные геометрические фигуры и их комбинации, например прямоугольную.The cross section of the magnets may have an arbitrary shape representing various geometric shapes and their combinations, for example, rectangular.

Магниты могут быть выполнены из материала с высокой электропроводностью, например из сплава системы неодим-железо-бор.The magnets can be made of a material with high electrical conductivity, for example, an alloy of a neodymium-iron-boron system.

Вращающаяся часть опоры может выполнять функции неподвижной части опоры и наоборот, при условии сохранения центральной симметрии магнитного поля.The rotating part of the support can perform the functions of the fixed part of the support and vice versa, provided that the central symmetry of the magnetic field is maintained.

Магнитная опора работает следующим образом.Magnetic support works as follows.

Опирающийся иглой 3 на подпятник 4 ротор 1 удерживается в центральном положении благодаря бесконтактной радиальной жесткой связи элементов верхней магнитной опоры. При этом осевая сила взаимодействия элементов верхней опоры частично разгружает подпятник 4 от веса ротора, уменьшая трение в механической контактной паре и износ ее элементов. Осевая сила взаимодействия дополнительной магнитной системы может быть направлена вверх и может регулироваться в широких пределах изменением взаиморасположения магнитов, величины зазора между магнитами, количеством магнитов, материалом магнитов. Радиальная сила взаимодействия также может корректироваться. Нагрузка на подпятник изменяется на величину силы осевого взаимодействия дополнительной магнитной системы, поэтому магнит 6 верхней опоры может быть выполнен в значительно меньших габаритах, что снижает стоимость устройства.The rotor 1 supported by the needle 3 on the thrust bearing 4 is held in a central position due to non-contact radial rigid coupling of the elements of the upper magnetic support. In this case, the axial force of interaction of the elements of the upper support partially unloads the thrust bearing 4 from the weight of the rotor, reducing friction in the mechanical contact pair and the wear of its elements. The axial force of interaction of the additional magnetic system can be directed upward and can be regulated over a wide range by changing the relative position of the magnets, the magnitude of the gap between the magnets, the number of magnets, the material of the magnets. The radial force of interaction can also be adjusted. The load on the thrust bearing changes by the value of the axial interaction force of the additional magnetic system, so the magnet 6 of the upper support can be made in much smaller dimensions, which reduces the cost of the device.

Габариты дополнительной магнитной системы малы при значительных величинах силы осевых взаимодействий. Таким образом, основную функцию верхней опоры - разгрузку нижней опоры - выполняет дополнительная магнитная система. При этом существенно снижается влияние осевых перемещений ферромагнитной втулки 9 на величину осевого взаимодействия верхней магнитной опоры. Осевое взаимодействие дополнительной магнитной системы неизменно при разгоне и эксплуатации, поскольку отсутствуют осевые перемещения вращающегося магнита.The dimensions of the additional magnetic system are small with significant values of the force of axial interactions. Thus, the main function of the upper support - unloading the lower support - performs an additional magnetic system. This significantly reduces the effect of axial displacements of the ferromagnetic sleeve 9 on the magnitude of the axial interaction of the upper magnetic support. The axial interaction of the additional magnetic system is constant during acceleration and operation, since there are no axial movements of the rotating magnet.

Во время разгона и на рабочем режиме ротор может совершать колебания. В случае выполнения магнитов из материала с высокой электропроводностью возможна реализация демпфирования колебаний за счет вихревых токов, возникающих в магнитах.During acceleration and in operating mode, the rotor can oscillate. In the case of magnets made of a material with high electrical conductivity, vibration damping due to eddy currents arising in the magnets is possible.

По сравнению с известными магнитными опорами, повышается эффективность использования магнитов за счет более полного использования энергии магнитного потока.Compared with the known magnetic supports, the efficiency of using magnets is increased due to a more complete use of magnetic flux energy.

Claims (5)

1. Магнитная опора устройства с ротором, имеющим механическую контактную пару между вращающимися и невращающимися элементами устройства, отличающаяся тем, что опора содержит дополнительную систему постоянных магнитов, установленных соосно с ротором на расстоянии от механической контактной пары, при котором взаимным осевым перемещением данных постоянных магнитов при работе устройства можно пренебречь, при этом на вращающейся части-роторе установлен один или несколько магнитов, на неподвижной части установлен один или несколько ответных магнитов.1. The magnetic support of the device with a rotor having a mechanical contact pair between the rotating and non-rotating elements of the device, characterized in that the support contains an additional system of permanent magnets mounted coaxially with the rotor at a distance from the mechanical contact pair, in which the mutual axial movement of these permanent magnets at the operation of the device can be neglected, while one or more magnets are installed on the rotating part-rotor, one or more answers are installed on the fixed part s magnets. 2. Магнитная опора ротора по п.1, отличающаяся тем, что конфигурация магнитного поля дополнительной системы магнитов может обеспечивать как положительное, так и отрицательное осевое взаимодействие.2. The rotor magnetic support according to claim 1, characterized in that the magnetic field configuration of the additional magnet system can provide both positive and negative axial interaction. 3. Магнитная опора ротора по п.1, отличающаяся тем, что сечение магнитов может иметь произвольную форму.3. The magnetic support of the rotor according to claim 1, characterized in that the cross section of the magnets may be of arbitrary shape. 4. Магнитная опора ротора по п.1, отличающаяся тем, что магниты могут быть выполнены из материала с высокой электропроводностью.4. The magnetic support of the rotor according to claim 1, characterized in that the magnets can be made of a material with high electrical conductivity. 5. Магнитная опора ротора по п.1, отличающаяся тем, что вращающаяся часть опоры может выполнять функции неподвижной части опоры и наоборот, при условии сохранения центральной симметрии магнитного поля.5. The magnetic support of the rotor according to claim 1, characterized in that the rotating part of the support can perform the functions of the stationary part of the support and vice versa, provided that the central symmetry of the magnetic field is maintained.
RU2015156520A 2015-12-29 2015-12-29 Magnetic support with additional magnetic system RU2638392C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156520A RU2638392C2 (en) 2015-12-29 2015-12-29 Magnetic support with additional magnetic system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015156520A RU2638392C2 (en) 2015-12-29 2015-12-29 Magnetic support with additional magnetic system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015156520A RU2015156520A (en) 2017-07-05
RU2638392C2 true RU2638392C2 (en) 2017-12-13

Family

ID=59309389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015156520A RU2638392C2 (en) 2015-12-29 2015-12-29 Magnetic support with additional magnetic system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2638392C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109026995A (en) * 2018-07-20 2018-12-18 南京航空航天大学 A kind of diamagnetic suspension Minisize axial bearing rotor system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1382300A (en) * 1971-08-07 1975-01-29 Dornier Ag Contactless rotor assembly
RU2115481C1 (en) * 1997-01-22 1998-07-20 Центральное конструкторское бюро машиностроения Gas centrifuge
RU91536U1 (en) * 2009-08-26 2010-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Новоуральский научно-конструкторский центр" GAS CENTRIFUGE WITH THE POSSIBILITY OF ADJUSTING THE GAP BETWEEN THE SELECT PIPE AND THE ROTOR WALL
RU2434685C1 (en) * 2010-02-18 2011-11-27 Открытое Акционерное Общество "Производственное объединение "Электрохимический завод" (ОАО "ПО ЭХЗ") Gas centrifuge rotor top magnetic bearing
RU2502899C2 (en) * 2012-02-13 2013-12-27 Закрытое акционерное общество "Центротех-СПб" Magnetodynamic support

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1382300A (en) * 1971-08-07 1975-01-29 Dornier Ag Contactless rotor assembly
RU2115481C1 (en) * 1997-01-22 1998-07-20 Центральное конструкторское бюро машиностроения Gas centrifuge
RU91536U1 (en) * 2009-08-26 2010-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Новоуральский научно-конструкторский центр" GAS CENTRIFUGE WITH THE POSSIBILITY OF ADJUSTING THE GAP BETWEEN THE SELECT PIPE AND THE ROTOR WALL
RU2434685C1 (en) * 2010-02-18 2011-11-27 Открытое Акционерное Общество "Производственное объединение "Электрохимический завод" (ОАО "ПО ЭХЗ") Gas centrifuge rotor top magnetic bearing
RU2502899C2 (en) * 2012-02-13 2013-12-27 Закрытое акционерное общество "Центротех-СПб" Magnetodynamic support

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109026995A (en) * 2018-07-20 2018-12-18 南京航空航天大学 A kind of diamagnetic suspension Minisize axial bearing rotor system
CN109026995B (en) * 2018-07-20 2019-10-11 南京航空航天大学 A kind of diamagnetic suspension Minisize axial bearing rotor system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015156520A (en) 2017-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10444106B2 (en) Balancing method for balancing at high speed a rotor of a rotary machine
US10125814B2 (en) Passive magnetic bearing
CN104455143B (en) Magnetic damper with floating ring
CN106402159B (en) A kind of permanent magnetism off-set magnetic suspension shaft
CN104201935A (en) Four-degrees-of-freedom magnetic suspension flywheel
CN102792039A (en) Magnetic bearing and turbo equipment
CN108591256B (en) Permanent-magnet bearing with damping function
KR20060121355A (en) Bearingless step motor
GB2531751A (en) Bearing assembly with integrated generator
CN104141685A (en) Driving and driven inner rotor magnetic bearing
CN101482149A (en) Characteristics-controllable standby bearing apparatus of active electromagnetic bearing
RU2547450C1 (en) System based on hybrid magnetic bearings
RU2638392C2 (en) Magnetic support with additional magnetic system
CN101825140A (en) Permanent magnet suspension bearing
JP2018109437A (en) Uncontrolled magnetic levitation method and uncontrolled magnetic levitation device
US10326332B2 (en) Electric machine
RU2540215C1 (en) Hybrid magnetic bearing with axial control
RU2314443C1 (en) Bearing on magnetic suspension
CN105864291B (en) Magnetic suspension bearing, supporting device and motor assembly
CN109681525B (en) Magnetic suspension bearing and motor
CN103591139A (en) Passive radial permanent magnet bearing for high-speed rotor
WO2011158382A1 (en) Magnetic shaft bearing assembly and system incorporating same
RU124339U1 (en) MAGNET BEARING
RU135378U1 (en) HYBRID MAGNETIC BEARING WITH AXIAL FORCES
RU2593450C1 (en) Magnetic support of composite type