RU2697636C2 - Гибридный магнитный подшипник - Google Patents
Гибридный магнитный подшипник Download PDFInfo
- Publication number
- RU2697636C2 RU2697636C2 RU2018100901A RU2018100901A RU2697636C2 RU 2697636 C2 RU2697636 C2 RU 2697636C2 RU 2018100901 A RU2018100901 A RU 2018100901A RU 2018100901 A RU2018100901 A RU 2018100901A RU 2697636 C2 RU2697636 C2 RU 2697636C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- permanent magnet
- annular
- bearing
- thickness
- Prior art date
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
-
- 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
- F16C39/00—Relieving load on bearings
- F16C39/06—Relieving load on bearings using magnetic means
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Изобретение относится к бесконтактным подшипникам вращения и может быть использовано преимущественно для валов и роторов высокоскоростных машин, таких как турбокомпрессоры, высокооборотные электродвигатели, генераторы, инерционные накопители энергии, пылесосы. Гибридный магнитный подшипник вращения содержит подвижную и неподвижную части с разделенными магнитным зазором плоскими кольцевыми площадками магнитного взаимодействия. Подвижная часть подшипника выполнена в форме диска (1) с кольцевыми выступами (11), а неподвижная часть включает электромагнит с катушкой (2) и магнитопроводом. Магнитопровод содержит наружный участок в форме трубы (3) и средний участок в форме диска (4), к которому своим кольцевым плоским полюсом присоединен постоянный магнит (5) в форме трубы. Постоянный магнит (5) расположен соосно с наружным цилиндрическим участком (3) магнитопровода и имеет осевое направление намагничивания. Катушка (2) электромагнита выполнена в форме тела вращения и размещена целиком во внутренней цилиндрической полости, находящейся между цилиндрической частью (3) магнитопровода и постоянным магнитом (5), коаксиально с ним. Технический результат: упрощение конструкции, снижение габаритов, увеличение несущей способности и жесткости. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к бесконтактным подшипникам вращения и может быть использовано преимущественно для валов и роторов высокоскоростных машин, таких как турбокомпрессоры, высокооборотные электродвигатели, генераторы, инерционные накопители энергии, пылесосы.
Известен гибридный магнитный подшипник вращения, содержащий подвижную и неподвижную части с разделенными магнитным зазором плоскими кольцевыми площадками, подвижная часть которого содержит кольцевые выступы, а неподвижная часть включает электромагнит с катушкой и магнитопроводом [1]. Постоянный магнит с радиальным направлением намагничивания выполнен в форме трубы. Он размещен в подвижной части подшипника. Такое конструктивное решение ограничивает частоту вращения подшипника. Это связано с тем, что современные магниты изготавливают из неодимовых сплавов, имеющих низкую прочность. Такие магниты разрушаются под действием больших центробежных сил.
Наиболее близким к настоящему изобретению является гибридный магнитный подшипник вращения, содержащий подвижную и неподвижную части с разделенными магнитным зазором плоскими кольцевыми площадками. Подвижная часть подшипника выполнена в виде диска с кольцевыми выступами, а неподвижная часть включает электромагнит с катушкой и магнитопроводом, содержащим наружный участок в форме трубы и средний участок в форме диска. К диску своим плоским полюсом присоединен постоянный магнит в форме трубы, размещенный внутри магнитопровода [2].
Размещение постоянного магнита в неподвижной части подшипника устраняет недостатки аналога. Наружная цилиндрическая часть магнитопровода разделена на несколько секторов, на которых установлены катушки электромагнита. Данное техническое решение позволяет менять величину магнитного потока, создаваемого постоянным магнитом с помощью электромагнита.
Недостатком прототипа является сложность конструкции. Подшипник имеет большие габариты. Наличие «паразитных» окон на магнитопроводе ослабляет магнитное поле и снижет несущую способность и жесткость подшипника.
Настоящее изобретение направлено на устранение недостатков прототипа.
Новый гибридный магнитный подшипник вращения, также как и прототип, содержит подвижную и неподвижную части с разделенными магнитным зазором плоскими кольцевыми площадками магнитного взаимодействия. Подвижная часть подшипника выполнена в форме диска с кольцевыми выступами, а неподвижная часть включает электромагнит с катушкой и магнитопроводом. Последний содержит наружный участок в форме трубы и средний участок в форме диска, к которому своим кольцевым плоским полюсом присоединен постоянный магнит в форме трубы, размещенный соосно с наружным участком магнитопровода и имеющий осевое направление намагничивания.
Катушка электромагнита выполнена в форме тела вращения и размещена целиком во внутренней цилиндрической полости, находящейся между цилиндрической частью магнитопровода и постоянным магнитом, коаксиально с ним.
Толщина кольцевых площадок, образованных выступами подвижного диска и неподвижного магнитопровода, связана с толщиной кольцевого полюса постоянного магнита и его диаметром формулой:
h=k*H*(D/d), где
Н и D - толщина и наружный диаметр кольцевого полюса постоянного магнита и соответствующая этим значениям толщина и диаметр внутреннего кольцевого выступа подвижного диска;
h и d - толщина и наружный диаметр наружной цилиндрической части магнитопровода и соответствующая этим значениям толщина и диаметр внешнего кольцевого выступа подвижного диска;
k=0,8…1,2 - коэффициент, учитывающий магнитные свойства магнитопровода.
Формула, представленные выше, получена, исходя из обеспечения постоянства магнитного потока.
Новое конструктивное решение позволяет устранить недостатки прототипа. Подшипник, как и прототип, решает задачу управления магнитным потоком и силой реакции, но является более простым. Вместо нескольких катушек электромагнита используется одна. Магнитопровод выполнен цельным, без «паразитных» окон. Это способствует усилению магнитного потока, повышению несущей способности и увеличению жесткости подшипника. Кроме этого снижаются габариты подшипника, поскольку катушка не выходит за пределы магнитопровода.
Пример реализации изобретения представлен на чертежах. На фиг. 1 показан новый гибридный подшипник в разрезе. На фиг. 2 представлены характерные размеры основных частей подшипника. На фиг. 3 и фиг. 4 показаны схемы магнитных силовых линий при разном направлении тока в катушке.
Гибридный магнитный подшипник вращения содержит подвижную и неподвижную части с разделенными магнитным зазором «δ» плоскими кольцевыми площадками магнитного взаимодействия (фиг. 1). Подвижная часть подшипника выполнена в форме диска 1 с кольцевыми выступами 11, а неподвижная часть включает электромагнит с катушкой 2 и магнитопроводом. Последний содержит наружный участок в форме трубы 3 и средний участок в форме диска 4, к которому своим кольцевым плоским полюсом присоединен постоянный магнит 5 в форме трубы. Постоянный магнит 5 расположен соосно с наружным цилиндрическим участком 3 магнитопровода. Он имеет осевое направление намагничивания.
Катушка 2 электромагнита выполнена в форме тела вращения и размещена целиком во внутренней цилиндрической полости, находящейся между цилиндрической частью 3 магнитопровода и постоянным магнитом 5, коаксиально с ним.
В центральном отверстии диска 4 с помощью крепежных деталей 6 и 7 закреплен датчик Холла 8, который через зазор взаимодействует с дополнительным магнитом 9.
Пример расчета конструктивных размеров гибридного подшипника, указанных на фиг. 2, представлен в таблице.
Гибридный подшипник устанавливается в паре с таким же подшипником, закрепленном на противоположном (левом) конце вала 10. Это позволяет уравновесить осевые силы, действующие на вал 10 и обеспечить постоянство осевого зазора «δ». Подшипник, установленный на левом конце вала (левый подшипник) выглядит зеркально по отношению к правому подшипнику, изображенному на фиг. 1.
Гибридный подшипник работает следующим образом.
При подаче тока в катушку 2 электромагнита в магнитопроводе создается магнитный поток, направление которого зависит от направления тока в катушке 2. При совпадении направления магнитного потока электромагнита и постоянного магнита 2 результирующий магнитный поток увеличивается. Это иллюстрируется формой и направлением магнитных силовых линий 12 (фиг. 3). При этом осевая сила притяжения подвижной части подшипника к неподвижной части увеличивается. При несовпадении направления магнитного потока электромагнита и постоянного магнита 2 результирующий магнитный поток уменьшается (фиг. 3). При этом осевая сила притяжения подвижной части подшипника к неподвижной части также уменьшается (фиг. 4).
Подшипник противодействует внешним силам, действующим в осевом и радиальном направлениях. Смещение вала 10 в радиальном направлении создает противодействующую этому смещению магнитную силу со стороны постоянного магнита 2, поскольку происходит удлинение магнитных силовых линий (фиг. 3 и 4). Реакция подшипника на осевое смещение вала 10 отрабатывается на основании разницы сигналов датчиков 8, размещенных на левом и правом концах вала 10. При осевом смещении вала 10 влево от среднего положения датчики 8 подают сигнал управляющей системе на увеличение тока в электромагните, расположенном в правом подшипнике. Одновременно происходит уменьшение тока в левом подшипнике. Вал 10 перемещается вправо и восстанавливает свое среднее положение. При этом восстанавливается заданное значение зазора «δ».
Настоящее изобретение с помощью простого конструктивного решения позволяет уменьшить габариты и одновременно увеличить несущую способность и жесткость гибридного магнитного подшипника. При этом уменьшаются затраты электрической энергии на питание электромагнита. Все это ведет к расширению области использования магнитных подшипников.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Патент TW 201226734 (A), 2012-07-01, МПК: F16C 32/04.
2. Патент US 2009315421 (А1), 2009-12-2, МПК: H02K 7/09; F16C 32/0465; F16C 32/048.
Claims (6)
1. Гибридный магнитный подшипник вращения, содержащий подвижную и неподвижную части с разделенными магнитным зазором плоскими кольцевыми площадками, подвижная часть которого выполнена в форме диска с кольцевыми выступами, а неподвижная часть включает электромагнит с катушкой и магнитопроводом, содержащим наружный участок в форме трубы и средний участок в форме диска, к которому своим кольцевым плоским полюсом присоединен постоянный магнит в форме трубы, расположенный соосно с наружным участком магнитопровода и имеющий осевое направление намагничивания, отличающийся тем, что катушка электромагнита выполнена в форме тела вращения и размещена целиком во внутренней цилиндрической полости, находящейся между цилиндрической частью магнитопровода и постоянным магнитом коаксиально с ним.
2. Магнитный подшипник вращения по п. 1, отличающийся тем, что толщина кольцевых площадок, образованных выступами подвижного диска и неподвижного магнитопровода, связана с толщиной кольцевого полюса постоянного магнита и его диаметром формулой:
h=k*H*(D/d),
где Н и D - толщина и наружный диаметр кольцевого полюса постоянного магнита и соответствующая этим значениям толщина и диаметр внутреннего кольцевого выступа подвижного диска;
h и d - толщина и наружный диаметр наружной цилиндрической части магнитопровода и соответствующая этим значениям толщина и диаметр внешнего кольцевого выступа подвижного диска;
k=0,8 … 1,2 - коэффициент, учитывающий магнитные свойства магнитопровода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100901A RU2697636C2 (ru) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Гибридный магнитный подшипник |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100901A RU2697636C2 (ru) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Гибридный магнитный подшипник |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018100901A RU2018100901A (ru) | 2019-07-11 |
RU2018100901A3 RU2018100901A3 (ru) | 2019-07-17 |
RU2697636C2 true RU2697636C2 (ru) | 2019-08-15 |
Family
ID=67308181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018100901A RU2697636C2 (ru) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Гибридный магнитный подшипник |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2697636C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0571533A (ja) * | 1991-09-17 | 1993-03-23 | Toshiba Corp | スラスト磁気軸受装置 |
EP1223357A1 (en) * | 1999-09-30 | 2002-07-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thrust magnetic bearing |
RU2239108C2 (ru) * | 2002-09-24 | 2004-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью ООО "Газхолодтехника" | Упорный электромагнитный подшипник (варианты) |
US20090315421A1 (en) * | 2005-10-28 | 2009-12-24 | Iwaki Co., Ltd. | Hybrid magentic bearing |
TW201226734A (en) * | 2010-12-30 | 2012-07-01 | Univ Chung Yuan Christian | Axial hybrid magnetic bearing, method for operation thereof, and structure for rotor thereof |
-
2018
- 2018-01-10 RU RU2018100901A patent/RU2697636C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0571533A (ja) * | 1991-09-17 | 1993-03-23 | Toshiba Corp | スラスト磁気軸受装置 |
EP1223357A1 (en) * | 1999-09-30 | 2002-07-17 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thrust magnetic bearing |
RU2239108C2 (ru) * | 2002-09-24 | 2004-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью ООО "Газхолодтехника" | Упорный электромагнитный подшипник (варианты) |
US20090315421A1 (en) * | 2005-10-28 | 2009-12-24 | Iwaki Co., Ltd. | Hybrid magentic bearing |
TW201226734A (en) * | 2010-12-30 | 2012-07-01 | Univ Chung Yuan Christian | Axial hybrid magnetic bearing, method for operation thereof, and structure for rotor thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018100901A3 (ru) | 2019-07-17 |
RU2018100901A (ru) | 2019-07-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104533945B (zh) | 一种由轴向混合磁轴承实现转子五自由度悬浮结构 | |
CN1307374C (zh) | 具有阻尼作用的被动式轴向磁悬浮轴承 | |
EP3679640A1 (en) | Permanent magnet motor with passively controlled variable rotor/stator alignment | |
CN101219714A (zh) | 双框架磁悬浮控制力矩陀螺 | |
US7847453B2 (en) | Bearingless step motor | |
Tezuka et al. | Design and simulation of a five degrees of freedom active control magnetic levitated motor | |
CN103219823B (zh) | 一种轮缘驱动式反作用飞轮 | |
CN102868271B (zh) | 双定子旋转直线电机 | |
CN104201935A (zh) | 一种四自由度磁悬浮飞轮 | |
CN1472874A (zh) | 被动磁悬浮式无刷直流电机 | |
CN106063095A (zh) | 永磁体型旋转电机 | |
Yang et al. | Design of a thrust actuator for magnetic bearings with low radial attraction force | |
US20210044165A1 (en) | Permanent Magnet Motor with Passively Controlled Variable Rotor/Stator Alignment | |
Tsuchida et al. | A novel structure of a 3-axis active control type magnetic bearing with a cylindrical rotor | |
US11218039B2 (en) | Electric motor with switchover elements in the magnetic circuit | |
CN107093938B (zh) | 磁悬浮电机及家用空调 | |
RU2697636C2 (ru) | Гибридный магнитный подшипник | |
CN109067024A (zh) | 一种大转矩微振动磁悬浮开关磁阻电机 | |
CN108696191A (zh) | 一种集成式五自由度无轴承异步电机 | |
EP3017529A2 (en) | Reducing bearing forces in an electrical machine | |
CN104235181A (zh) | 一种永磁偏置三自由度电磁轴承装置 | |
JP5673438B2 (ja) | 回転電機のロータ構造 | |
CN109347226B (zh) | 一种无轴承永磁薄片电机 | |
JPH07107718A (ja) | 永久磁石式発電機 | |
Ueno et al. | A 5-dof active controlled disk type pm motor with cylindrical flux paths |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200111 |