RU2698271C1

RU2698271C1 - Magnetically-unloaded hub

Info

Publication number: RU2698271C1
Application number: RU2018129644A
Authority: RU
Inventors: Александр Георгиевич Носков
Original assignee: Александр Георгиевич Носков
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2018-08-14
Publication date: 2019-08-23

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: magnetically-unloaded hub (hereinafter MUH) is intended for installation in transport wheels, for example, electric vehicles, in rotors of turbines and other devices with rotary rotor or stator. Principle of operation consists in unloading hub bearings by magnets. Magnetically-unloaded hub consists of shaft (1), on which two radial-thrust bearings with seals are pressed, and drum pressed on these bearings with, for example, attachment brackets. Hub is additionally equipped with set of magnets, including one cylindrical hollow permanent magnet (10), which is fixed on drum and magnetized along its axis, and two permanent magnets (12, 13), which are fixed on shaft (1) and magnetized perpendicular to shaft (1). Air between the magnets is air annular gap (11). Air gap (11) eliminates friction between magnets. When force of magnets is equal to load on MUH, friction in bearings is equal to zero. There is a magnetic levitation mode. Various versions of the implementation are realized basing on the operation principle of the MUH. For example, with rotary drum and fixed axis. With rotary axis and fixed drum. With several sets of magnets. With adjustment for vehicle weight change.

EFFECT: technical result is reduction of friction force and power consumption for movement, reduced wear and noise and longer service life of hub bearing without reducing quality of adhesion of wheel with road bed.

11 cl, 10 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Магнито-разгруженная ступица относится к области транспорта, который перемещается по горизонтальной поверхности или других устройств, в которых вал вращается с постоянной радиальной нагрузкой, например ось ротора турбореактивного двигателя самолета.A magnetically unloaded hub refers to a field of transport that moves along a horizontal surface or other devices in which the shaft rotates with a constant radial load, for example, the rotor axis of an aircraft turbojet engine.

Уровень техникиState of the art

При движении транспорта значительная часть энергии расходуется на преодоления силы трения в опоре.During the movement of transport, a significant part of the energy is spent on overcoming the frictional force in the support.

По виду трения опоры подразделяются: с трением скольжения, с трением качения, упругие, с газовой смазкой, гидростатические, ртутные, магнитные подвесы.According to the type of friction, the supports are subdivided: with sliding friction, with rolling friction, elastic, with gas lubrication, hydrostatic, mercury, magnetic suspensions.

Энергоемкая задача перемещения тяжелых грузов стояла перед человеком с древних времен. Сначала груз просто тащили по поверхности. Далее изобрели волокуши, но их вытеснили сани. Применение катков, подкладываемых под сани, значительно снизило трение. Но для этого способа требуется ровная дорога с твердым покрытием и постоянная укладка катков перед санями. К качественному скачку следует отнести изобретение колеса. Далее под колесом подразумевается диск, который вращается на валу или который вращается вместе с валом. Затраты на трение опоры переносятся на границу между колесом и валом, закрепленным на шасси, или шасси и валом, закрепленным в колесе. Усиленный износ поверхностей этой границы и стремление уменьшить силу трения, привели к появлению ступицы транспорта. Обычно ступица транспорта крепится в центре диска и крутится вместе с диском на неподвижном валу. В альтернативном варианте колеса ступица крепится на шасси транспорта, а вал вместе с диском вращается в ступице. Здесь и далее под валом подразумевается ось цапфы транспорта или, например, ось ротора. Первоначально в ступице применялся подшипник скольжения, смазываемый, например дегтем. В современной ступице подшипник скольжения заменен на подшипник качения. Подшипник ступицы испытывает наибольшую нагрузку по сравнению с остальными подшипниками транспорта. Как правило, между валом и шасси устанавливается сложная система антивибрационной подвески, которая далее называется амортизатором.The energy-intensive task of moving heavy loads has been faced by man since ancient times. At first, the cargo was simply dragged along the surface. Further, drag drags were invented, but they were replaced by sledges. The use of sled rollers significantly reduced friction. But this method requires a smooth paved road and constant laying of rollers in front of the sled. The invention of the wheel should be attributed to a qualitative leap. Further, a wheel means a disk that rotates on a shaft or that rotates together with a shaft. The friction costs of the support are transferred to the boundary between the wheel and the shaft mounted on the chassis, or the chassis and the shaft mounted on the wheel. The increased wear of the surfaces of this boundary and the desire to reduce the friction force, led to the appearance of the hub of transport. Typically, the hub of the vehicle is mounted in the center of the disk and rotates with the disk on a fixed shaft. Alternatively, the wheel hub is mounted on the chassis of the transport, and the shaft rotates with the disk in the hub. Hereinafter, under the shaft is meant the axis of the axle of the transport or, for example, the axis of the rotor. Initially, a hub bearing was used, lubricated, for example, by tar. In a modern hub, the plain bearing is replaced with a rolling bearing. The hub bearing experiences the greatest load compared to the rest of the transport bearings. As a rule, a complex anti-vibration suspension system is installed between the shaft and the chassis, which is further called a shock absorber.

Известна ступица транспорта, например автомобиля, мотоцикла, велосипеда или других транспортных средств, показанная на фиг. 1, которая состоит из неподвижного вала 1, закрепленного на амортизаторе 2, и барабана 3 с кронштейнами крепления 4, на которых крепятся диск колеса и диск тормоза или спицы обода колеса. Между неподвижным валом 1 и вращающимся барабаном 3 запрессованы два радиально-упорных подшипника 5. Сила P нагрузки, задаваемая весом транспорта, прижимает вал 1 вертикально вниз через подшипник 5 к вращающемуся барабану 3.A hub of a vehicle, for example, a car, motorcycle, bicycle or other vehicles, as shown in FIG. 1, which consists of a fixed shaft 1, mounted on a shock absorber 2, and a drum 3 with mounting brackets 4, on which the wheel disk and the brake disk or wheel spokes are mounted. Two angular contact bearings are pressed between the stationary shaft 1 and the rotating drum 3. The load force P, determined by the weight of the vehicle, presses the shaft 1 vertically downward through the bearing 5 to the rotating drum 3.

Известна альтернативная ступица транспорта, показанная на фиг. 2, в которой неподвижный барабан 3 закреплен кронштейнами 4 крепления на амортизаторе 2. Между вращающимся валом 1, например осью колесной пары 6 трамвая, и неподвижным барабаном 3 запрессованы подшипники 5. Сила нагрузки P, задаваемая весом транспорта, прижимает вертикально вниз барабан 3 через подшипник 5 к вращающемуся валу 1.An alternative transport hub as shown in FIG. 2, in which the fixed drum 3 is fixed by mounting brackets 4 on the shock absorber 2. Between the rotating shaft 1, for example, the axis of the tram wheel pair 6, and the stationary drum 3, the bearings are pressed 5. The load force P, given by the transport weight, presses the drum 3 vertically downward through the bearing 5 to the rotating shaft 1.

Зависимость силы трения Fтр в ступице фиг. 1 или фиг. 2 от нагрузки P показана на графике фиг. 3 прямой линией 7 и определяется формулой:The dependence of the friction force Ftr in the hub of FIG. 1 or FIG. 2 from the load P is shown in the graph of FIG. 3 by a straight line 7 and is determined by the formula:

Fтр=k * P, гдеFtr = k * P, where

k - коэффициент трения качения подшипника,k is the rolling friction coefficient of the bearing,

P – сила нагрузки (часть веса транспорта, нагрузившая ступицу).P - load force (part of the weight of the vehicle that has loaded the hub).

По горизонтальной оси откладывается сила P нагрузки на ступицу, которая определяется, например весом транспорта. По вертикальной оси откладывается сила трения Fm, которая возникает в подшипнике ступицы.On the horizontal axis, the force P of the load on the hub is plotted, which is determined, for example, by the weight of the transport. The friction force Fm, which occurs in the hub bearing, is deposited along the vertical axis.

При увеличении веса транспорта сила трения Fтр линейно возрастает. Угол наклона прямой линии 7 отражает величину коэффициента трения. Чем меньше k, тем ближе линия 7 прижата к оси P.With increasing vehicle weight, the friction force Ftr increases linearly. The angle of inclination of the straight line 7 reflects the value of the coefficient of friction. The smaller k, the closer line 7 is pressed to the axis P.

Известно взаимодействие постоянных магнитов через магнитные поля. Одноименные полюса отталкиваются, например северный N-полюс отталкивается от N-полюса, а разноименные полюса притягиваются, например южный S-полюс притягивается к N-полюсу.The interaction of permanent magnets through magnetic fields is known. Poles of the same name repel, for example, the North N-pole repels from the N-pole, and opposite poles attract, for example, the South S-pole attracts to the N-pole.

Под постоянными магнитами далее подразумевается намагниченный материал с магнитожестким свойствами, например неодимовые постоянные магниты NdFeB из сплава неодима, железа и бора, который не только сильнее, чем у предыдущего поколения, но является более экономичным. Он состоит в основном из железа. Запасы неодима на Земле больше, чем свинца.By permanent magnets, it is further meant a magnetized material with magnetically hard properties, for example, NdFeB neodymium permanent magnets from an alloy of neodymium, iron and boron, which is not only stronger than the previous generation, but more economical. It consists mainly of iron. There is more neodymium on Earth than lead.

Известен магнитный подвес - устройство для разгрузки опоры, действующее за счет сил отталкивания одноименных полюсов постоянных магнитов или электромагнитов. Сущность магнитного подвеса в том, что сила тяжести тела уравновешиваются силами, создаваемыми магнитными полями. Подвешенное тело не имеет механического контакта с опорами и, следовательно, отсутствует механическое трение.Known magnetic suspension - a device for unloading supports, acting due to the repulsive forces of the same poles of permanent magnets or electromagnets. The essence of the magnetic suspension is that the gravity of the body is balanced by the forces created by the magnetic fields. The suspended body does not have mechanical contact with the supports and, therefore, there is no mechanical friction.

Известные магнитные подвески эволюционирует по путям, названия которых соответствуют названиям их производителей: подвеска от Delphi, SKF и BOSE. Но они устанавливаются между неподвижной частью ступицы и шасси автомобиля. В подвесках Delphi и SKF жесткость амортизаторов управляется магнитными полями. В подвеске BOSE имеется отдельный линейный двигатель, расположенный вне ступицы.Well-known magnetic pendants evolve along paths whose names correspond to the names of their manufacturers: suspension from Delphi, SKF and BOSE. But they are installed between the fixed part of the hub and the chassis of the car. In Delphi and SKF suspensions, the stiffness of the shock absorbers is controlled by magnetic fields. The BOSE suspension has a separate linear motor located outside the hub.

На практике не всегда необходим полный магнитный подвес, т.е. обладающий эффектом левитации по пяти степеням свободы. В ряде случаев необходимые характеристики достигаются при использовании магнитного подвеса для ограничения перемещения ротора лишь по отдельным степеням свободы. В настоящее время существует несколько типов магнитного подвеса: полный, частичный, активный и комбинированный. Выбор типа магнитного подвеса зависит от условий работы и технических требованийIn practice, a full magnetic suspension, i.e. having the effect of levitation in five degrees of freedom. In some cases, the necessary characteristics are achieved by using a magnetic suspension to limit the movement of the rotor only in certain degrees of freedom. Currently, there are several types of magnetic suspension: full, partial, active and combined. The choice of type of magnetic suspension depends on the working conditions and technical requirements.

Известны транспортные средства, в которых, с целью магнитного подвешивания транспортного средства, используются магнитные поля, создаваемые транспортом и (или) магнитным дорожным полотном. Магнитные поля компенсируют вес транспорта, чем достигается эффект левитации, что уменьшает силу трения до нулевого уровня. Но они требуют создания дорогостоящего магнитного дорожного полотна, и часто используют криогенную технику. Существуют также сложности с удержанием транспорта вдоль магнитного полотна и его торможением. Уклонение транспорта от дорожного полотна приводит к катастрофе. Экономический выигрыш от снижения трения не превышает затраты на создание магнитного поля и поддержание функционирования магнитного дорожного полотна или криогенных температур.Vehicles are known in which, for the purpose of magnetically suspending a vehicle, the magnetic fields created by the transport and (or) the magnetic roadway are used. Magnetic fields compensate for the weight of the transport, thereby achieving the levitation effect, which reduces the friction force to zero. But they require the creation of an expensive magnetic roadway, and often use cryogenic techniques. There are also difficulties with the retention of transport along the magnetic sheet and its braking. Avoiding vehicles from the roadway leads to disaster. The economic gain from reducing friction does not exceed the cost of creating a magnetic field and maintaining the functioning of the magnetic roadway or cryogenic temperatures.

Известны магнитные подшипники, работающих на принципе магнитной левитации, полезной особенностью которых является отсутствие сил трения между внутренней и внешней обоймой.Known magnetic bearings operating on the principle of magnetic levitation, a useful feature of which is the lack of friction between the inner and outer cage.

Магнитные подшипники подразделяются на пассивные и активные. Пассивные магнитные подшипники изготавливаются на базе постоянных магнитов. В активных магнитных подшипниках используются электромагниты, датчики смещения вала и сложная система управления катушками электромагнитов. В активном подвесе электромагнитное поле, создающее силу левитации ротора, генерируется обмотками электромагнитов, располагаемыми по внутренней окружности статора вокруг намагниченного вала ротора.Magnetic bearings are divided into passive and active. Passive magnetic bearings are made on the basis of permanent magnets. Active magnetic bearings use electromagnets, shaft displacement sensors, and a sophisticated coil control system for electromagnets. In the active suspension, the electromagnetic field that creates the rotor levitation force is generated by electromagnet windings located around the stator’s inner circumference around the magnetized rotor shaft.

Один из вариантов пассивного магнитного подшипника с вращающейся внешней обоймой показан на фиг. 4. На неподвижном валу 1, между упорными подшипниками 8 закреплен цилиндрический магнит 9, который намагничен вдоль вала. Внутри барабана 3 закреплен цилиндрический полый магнит 10, который намагничен вдоль вала в том же направлении, что и цилиндрический магнит 9. Нелинейные силы магнитного отталкивания, возникающие между одноименными полюсами, не позволяют цилиндрическому полому магниту 10 соприкоснуться с цилиндрическим магнитом 9. Между магнитами существуют воздушный кольцевой зазор 11. Упорные подшипники 8 удерживают барабан 3 от аксиального смещения, но принципиально допускают ограниченное радиальное смещение барабана относительно вала.One embodiment of a passive magnetic bearing with a rotating outer cage is shown in FIG. 4. On a fixed shaft 1, between the thrust bearings 8, a cylindrical magnet 9 is fixed, which is magnetized along the shaft. A cylindrical hollow magnet 10 is fixed inside the drum 3, which is magnetized along the shaft in the same direction as the cylindrical magnet 9. Nonlinear magnetic repulsive forces arising between the poles of the same name do not allow the cylindrical hollow magnet 10 to contact the cylindrical magnet 9. Between the magnets there is an air annular clearance 11. Thrust bearings 8 hold the drum 3 from axial displacement, but fundamentally allow a limited radial displacement of the drum relative to the shaft.

К существенным недостаткам пассивного магнитного подшипника относится низкая нагрузочная способность и принципиальное радиальное смещение от воздействия нагрузки вращающегося элемента, которое приводит к неконтролируемому нарушению соосности.Significant disadvantages of a passive magnetic bearing include a low load capacity and a fundamental radial displacement due to the load of a rotating element, which leads to uncontrolled misalignment.

Аналогом является ступица транспорта.An analogue is the hub of transport.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Магнито-разгруженная ступица (далее МРС) представляет собой сочетание ступицы транспорта и магнитной подвески, которая включает в себя набор из одного цилиндрического полого постоянного магнита, который намагничен вдоль вала МРС, и двух постоянных магнитов, которые намагничены перпендикулярно валу МРС (далее комплект магнитов), общая сила магнитного взаимодействия Fm которых направлена в радиальном направлении против внешней радиальной силы нагрузки на МРС. За счет полной или частичной разгрузки подшипника МРС сила трения Fтр уменьшается. Комплект магнитов размещен внутри ступицы.A magnetically unloaded hub (hereinafter referred to as MPC) is a combination of a transport hub and a magnetic suspension, which includes a set of one cylindrical hollow permanent magnet that is magnetized along the MPC shaft, and two permanent magnets that are magnetized perpendicular to the MPC shaft (hereinafter referred to as a set of magnets) , the total magnetic interaction force Fm of which is directed in the radial direction against the external radial load force on the MPC. Due to the full or partial unloading of the MPC bearing, the friction force Ftr decreases. A set of magnets is located inside the hub.

В общем случае комплект магнитов можно устанавливать между вращающимся колесом и шасси транспорта. Но колесо смещается вертикально на пружинах амортизатора относительно шасси транспорта на десятки сантиметров. Сила взаимодействия магнитов Fm нелинейно убывает примерно обратно пропорционально квадрату расстояния между магнитами. Комплект магнитов также можно устанавливать между вращающимся колесом и амортизатором. Но дорожная грязь, обледенение и магнитный мусор приведут к заклиниванию колеса. Поэтому более эффективным и работоспособным оказывается встраивание комплекта магнитов непосредственно в барабан ступицы. Отклонение барабана ступицы относительно вала не превышает люфта подшипников, что позволяет существенно уменьшить воздушный кольцевой зазор между магнитами. Минимизированная толщина воздушного кольцевого зазора обеспечивает получение значительной силы взаимодействия магнитов Fm при малой массе комплекта магнитов. Объем внутри барабана МРС защищен от пыли, грязи, ржавчины и влаги сальниками подшипника, что предупреждает заклинивание и примерзание магнитов.In the general case, a set of magnets can be installed between a rotating wheel and a transport chassis. But the wheel shifts vertically on the shock absorber springs relative to the transport chassis by tens of centimeters. The force of interaction of the magnets Fm nonlinearly decreases approximately inversely with the square of the distance between the magnets. A set of magnets can also be installed between the spinning wheel and the shock absorber. But road dirt, icing and magnetic debris will cause the wheel to jam. Therefore, embedding a set of magnets directly into the hub drum turns out to be more effective and efficient. The deviation of the hub drum relative to the shaft does not exceed the play of the bearings, which can significantly reduce the air annular gap between the magnets. The minimized thickness of the air annular gap provides a significant force of interaction of the magnets Fm with a small mass of a set of magnets. The volume inside the MPC drum is protected from dust, dirt, rust and moisture by the bearing seals, which prevents jamming and freezing of magnets.

Принцип работы комплекта магнитов 10, 12 и 13 показан на фиг. 5. Неподвижный вал 1 закреплен на амортизаторе 2 шасси транспорта. Цилиндрический полый магнит 10, который намагничен вдоль своей оси, соосно закреплен внутри барабана 3. Правое основание цилиндрического полого магнита 10 имеет, например, S-полюс, а левое основание N-полюс. На валу 1, на расстоянии друг от друга, закреплены два вертикальных магнита левый 12 и правый 13, которые намагничены перпендикулярно валу 1 в вертикальном направлении. Неподвижный вертикальный магнит правый 12 своей верхней частью с N-полюсом притягивается к S-полюсу вращающегося цилиндрического полого магнита 10, а своей нижней частью с S-полюсом отталкивается от S-полюса вращающегося цилиндрического полого магнита 10. Неподвижный вертикальный магнит левый 13 своей верхней частью с S-полюсом притягивается к N-полюсу вращающегося цилиндрического полого магнита 10, а своей нижней частью с N-полюсом отталкивается от N-полюса вращающегося цилиндрического полого магнита 10. Между полюсами вертикальных магнитов и цилиндрическим полым магнитом 10 остается воздушный кольцевой зазор 11.The principle of operation of the set of magnets 10, 12 and 13 is shown in FIG. 5. The fixed shaft 1 is mounted on the shock absorber 2 of the chassis of the vehicle. A cylindrical hollow magnet 10, which is magnetized along its axis, is coaxially fixed inside the drum 3. The right base of the cylindrical hollow magnet 10 has, for example, an S-pole, and the left base is an N-pole. On the shaft 1, at a distance from each other, are fixed two vertical magnets left 12 and right 13, which are magnetized perpendicular to the shaft 1 in the vertical direction. The stationary vertical magnet right 12 with its upper part with the N-pole is attracted to the S-pole of the rotating cylindrical hollow magnet 10, and its lower part with the S-pole is repelled from the S-pole of the rotating cylindrical hollow magnet 10. The stationary vertical magnet left 13 with its upper part with the S-pole is attracted to the N-pole of the rotating cylindrical hollow magnet 10, and with its lower part with the N-pole is repelled from the N-pole of the rotating cylindrical hollow magnet 10. Between the poles of the vertical magnets and ilindricheskim hollow magnet 10 is an annular air gap 11.

Взаимодействие комплекта магнитов приводит к появлению общей магнитной силы Fm. Сила взаимодействия магнитов Fm отжимает вниз вращающийся барабан 3 относительно неподвижного вала 1, что разгружает подшипники МРС.The interaction of a set of magnets leads to the appearance of a total magnetic force Fm. The force of interaction of the magnets Fm pushes down the rotating drum 3 relative to the stationary shaft 1, which unloads the bearings of the MPC.

Зависимость силы Fтр трения от силы Р нагрузки на МРС при постоянном коэффициенте трения k и постоянном значении силы взаимодействия магнитов Fm отражается на графике фиг. 3 ломаной линией 16.The dependence of the friction force Ftr on the load force P on the MPC with a constant coefficient of friction k and a constant value of the interaction force of the magnets Fm is reflected in the graph of FIG. 3 broken line 16.

При нулевой силе Р нагрузки на МРС в точке 14 сила трения Fтр равна:At zero force P of the load on the MPC at point 14, the friction force Ftr is equal to:

Fтр=Fm*k, гдеFtr = Fm * k, where

Fтр - сила трения, которая возникает в подшипнике,Ftr is the friction force that occurs in the bearing,

Fm - сила взаимодействия магнитов,Fm is the force of interaction of the magnets,

k - коэффициент трения качения подшипника.k is the rolling friction coefficient of the bearing.

При увеличении силы Р нагрузки на МРС, сила Fтр трения линейно уменьшается, по формуле: Fтр=(Fm - P) * k, гдеWith increasing force P of the load on the MPC, the friction force Ftr linearly decreases, according to the formula: Ftr = (Fm - P) * k, where

P – сила нагрузки, которая передается от амортизатора транспорта,P is the load force that is transmitted from the shock absorber of the vehicle,

На отрезке ломаной линии 16 графика от точки 14 до точки 15 вал 1 отжимается силой взаимодействия магнитов Fm вверх. Нагрузку от вала 1 принимают на себя верхние шарики подшипника 5.On a segment of the broken line 16 of the graph from point 14 to point 15, the shaft 1 is pressed up by the force of interaction of the magnets Fm. The load from the shaft 1 is assumed by the upper balls of the bearing 5.

В точке 15 появляется эффект магнитной левитации. В этой точке сила Р нагрузки равна компенсирующей силе Fm взаимодействия магнитов. В итоге нагрузка на подшипник МРС становится равной нулю. В точке 15 все шарики подшипника разгружены, поэтому сила Fтр трения равна нулю.At point 15, the effect of magnetic levitation appears. At this point, the load force P is equal to the compensating force Fm of the interaction of the magnets. As a result, the load on the bearing MPC becomes equal to zero. At point 15, all the balls of the bearing are unloaded, so the friction force Ftr is zero.

Вправо от точки 15 сила Fтр трения линейно увеличивается и определяется формулойTo the right of point 15, the friction force Ftr increases linearly and is determined by the formula

Fтр=(P - Fm)*k, гдеFtr = (P - Fm) * k, where

P – сила нагрузки на МРС,P is the load force on the MPC,

k - коэффициент трения качения подшипника. k is the rolling friction coefficient of the bearing.

При увеличении веса транспорта на отрезке вправо от точки 15 ломаной линии 16 сила P нагрузки на МРС преодолевает силу Fm взаимодействия магнитов, вследствие чего вал 1 прижимается вниз. Нагрузку от вала 1 принимают на себя нижние шарики подшипника 5, но сила Fтр трения всегда будет меньше, чем в обычной ступице. Вследствие уменьшения нагрузки на шарики износ подшипника уменьшается и его срок службы увеличивается.With increasing weight of the transport on the segment to the right of point 15 of the broken line 16, the load force P on the MPC overcomes the force Fm of the interaction of the magnets, as a result of which the shaft 1 is pressed down. The load from the shaft 1 is assumed by the lower balls of the bearing 5, but the friction force Ftr will always be less than in a conventional hub. Due to the reduced load on the balls, bearing wear is reduced and its service life is increased.

Радиально-упорные подшипники 5 берут на себя аксиальные нагрузки на поворотах и сохраняют величину воздушного кольцевого зазора 11 при ударах от неровностей дороги.Angular contact bearings 5 take on axial loads during bends and retain the value of the air annular clearance 11 when impacts from road irregularities.

Малой величиной воздушного кольцевого зазора 11 МРС и использованием современных постоянных магнитов обеспечивается значения силы Fm взаимодействия магнитов, сравнимые с весом транспорта.The small size of the air annular gap 11 MPC and the use of modern permanent magnets provides the values of the force Fm of the interaction of the magnets, comparable with the weight of the transport.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг. 1 Ступица транспорта с вращающимся барабаном, например автомобили или велосипеда, где 1 – вал, 2 – амортизатор, 3 – барабан, 4 – кронштейн крепления, 5 – подшипник радиально-упорный.FIG. 1 Transport hub with a rotating drum, for example, cars or a bicycle, where 1 is a shaft, 2 is a shock absorber, 3 is a drum, 4 is a mounting bracket, 5 is an angular contact bearing.

Фиг. 2 Ступица транспорта с вращающейся валом, например осью колесной пары трамвая, где 1 - вал, 2 – амортизатор, 3 – барабан, 4 – кронштейн крепления, 5 – подшипник радиально-упорный, 6 – диск колеса.FIG. 2 A transport hub with a rotating shaft, for example, the axle of a pair of trams, where 1 is a shaft, 2 is a shock absorber, 3 is a drum, 4 is a mounting bracket, 5 is an angular contact bearing, 6 is a wheel disk.

Фиг. 3 График силы трения в ступице, где 7 – график зависимости силы трения в ступице-прототипе, приведенном на фиг. 1 или фиг. 2 от нагрузки, 14 – точка силы трения Fтр при нулевой силе Р нагрузки на МРС, 15 – точка, в которой наблюдается эффект магнитной левитации, 16 – ломаная линия зависимости силы Fтр трения в МРС от силы P нагрузки на МРС. Трение покоя и собственный вес ступицы на графике не учитывается, координата Fтр – отражает силу трения в ступице-прототипе и в МРС, координата P – отражает силу нагрузки на ступицу-прототип и на МРС.FIG. 3 Graph of the friction force in the hub, where 7 is a graph of the dependence of the friction force in the hub prototype shown in FIG. 1 or FIG. 2 on the load, 14 - point of the friction force Ftr at zero load force P on the MPC, 15 - point at which the effect of magnetic levitation is observed, 16 - broken line of the dependence of the friction force Ftp on MPC on the force P of the MPC load. The static friction and dead weight of the hub are not taken into account in the graph, the coordinate Ftr - reflects the friction force in the prototype hub and in the MPC, the P coordinate - reflects the load on the prototype hub and on the MPC.

Фиг. 4 Магнитный подшипник с вращающимся барабаном, где 1 - вал, 3 - барабан, 8 - подшипник упорный, 9 – цилиндрический магнит, 10 – цилиндрический полый магнит, 11 – воздушный кольцевой зазор, N – северный полюс магнита, S – южный полюс магнита.FIG. 4 Magnetic bearing with a rotating drum, where 1 is a shaft, 3 is a drum, 8 is a thrust bearing, 9 is a cylindrical magnet, 10 is a cylindrical hollow magnet, 11 is an air annular gap, N is the north pole of the magnet, S is the south pole of the magnet.

Фиг. 5 Принцип работы комплекта магнитов в МРС, где 1 - вал, 2 – амортизатор шасси транспорта, 3 – барабан, 4 - кронштейны крепления, 5 – подшипник радиально-упорный, 10 – цилиндрический полый магнит, 11 – воздушный кольцевой зазор, 12 – вертикальный магнит правый, 13 – вертикальный магнит левый, N – северный полюс магнита, S – южный полюс магнита.FIG. 5 The principle of operation of a set of magnets in an MPC, where 1 is a shaft, 2 is a shock absorber of a transport chassis, 3 is a drum, 4 are mounting brackets, 5 is an angular contact bearing, 10 is a cylindrical hollow magnet, 11 is an air annular gap, 12 is vertical magnet right, 13 - vertical magnet left, N - north pole of the magnet, S - south pole of the magnet.

Фиг. 6 МРС с вращающимся барабаном, где 1 - вал из немагнитного материала, 2 – амортизатор шасси транспорта, 3 – барабан из немагнитного материала, 4 - кронштейны крепления, 5 – подшипник радиально-упорный, 10 – цилиндрический полый магнит с U-образным продольным профилем, 11 – воздушный кольцевой зазор, 17 – U-образный магнит верхний, 18 – U-образный магнит нижний, 19 – узел фиксации U-образных магнитов, 20 – сетчатая емкость с влагопоглощающим материалом, например силикагелем, N – северный полюс магнита, S – южный полюс магнита.FIG. 6 MRS with a rotating drum, where 1 is a shaft made of non-magnetic material, 2 is a shock absorber of the transport chassis, 3 is a drum made of non-magnetic material, 4 are mounting brackets, 5 is an angular contact bearing, 10 is a cylindrical hollow magnet with a U-shaped longitudinal profile 11 - air annular gap, 17 - upper U-shaped magnet, 18 - lower U-shaped magnet, 19 - U-shaped magnet fixation unit, 20 - mesh container with moisture-absorbing material, for example silica gel, N - north pole of the magnet, S - the south pole of the magnet.

Фиг. 7 МРС с вращающейся валом, где 1 - вал из немагнитного материала, 2 – амортизатор шасси транспорта, 3 – барабан из немагнитного материала, 4 - кронштейн крепления, 5 – подшипник радиально-упорный, 11 – воздушный кольцевой зазор, 20 – сетчатая емкость с влагопоглощающим материалом, например силикагелем, 21 – цилиндрический магнит с U-образным продольным сечением, 22 – верхний седлообразный магнит с U-образным продольным сечением, 23 – нижний седлообразный магнит с U-образным продольным сечением, N – северный полюс магнита, S – южный полюс магнита.FIG. 7 MPC with a rotating shaft, where 1 is a shaft of non-magnetic material, 2 is a shock absorber of the transport chassis, 3 is a drum of non-magnetic material, 4 is a mounting bracket, 5 is an angular contact bearing, 11 is an air annular clearance, 20 is a mesh container with moisture-absorbing material, such as silica gel, 21 is a cylindrical magnet with a U-shaped longitudinal section, 22 is an upper saddle-shaped magnet with a U-shaped longitudinal section, 23 is a lower saddle-shaped magnet with a U-shaped longitudinal section, N is the north pole of the magnet, S is the south pole of the magnet.

Фиг. 8 МРС с несколькими комплектами магнитов, где 1 - вал, 3 – барабан, 25 – комплект магнитов первый, 26 – комплект магнитов второй, 27 – комплект магнитов третий, N – северный полюс магнита, S – южный полюс магнита.FIG. 8 MPC with several sets of magnets, where 1 is a shaft, 3 is a drum, 25 is a set of magnets first, 26 is a set of magnets second, 27 is a set of magnets third, N is the north pole of the magnet, S is the south pole of the magnet.

Фиг. 9 МРС с вращающимся валом и с настройкой на изменение веса транспорта, где 1 – вал из немагнитного материала, 2 – амортизатор шасси транспорта, 3 – барабан из немагнитного материала, 11 – воздушный кольцевой зазор, 21 – цилиндрический магнит с U-образным продольным сечением, 22 – верхний седлообразный магнит с U-образным продольным сечением, 23 – нижний седлообразный магнит с U-образным продольным сечением, 27 – механизм радиального смещения, например верхнего 22 седлобразного магнита, 28 – разгружающая пружина, 29 – механизм аксиального смещения, например нижнего 23 седлобразного магнита, 30 - направляющие нижнего 23 седлообразного магнита, 31 - датчик измерения нагрузки, 32 – блок управления, N – северный полюс магнита, S – южный полюс магнита.FIG. 9 MPC with a rotating shaft and configured to change the weight of the transport, where 1 is a shaft of non-magnetic material, 2 is a shock absorber of the chassis of the transport, 3 is a drum of non-magnetic material, 11 is an air annular gap, 21 is a cylindrical magnet with a U-shaped longitudinal section , 22 - upper saddle-shaped magnet with a U-shaped longitudinal section, 23 - lower saddle-shaped magnet with a U-shaped longitudinal section, 27 - radial displacement mechanism, for example, the upper 22 saddle-shaped magnet, 28 - unloading spring, 29 - axial displacement mechanism, for example, lower 23 saddle-shaped magnet, 30 - guides of the lower 23 saddle-shaped magnet, 31 - load measurement sensor, 32 - control unit, N - north pole of the magnet, S - south pole of the magnet.

Фиг. 10 МРС с вращающимся барабаном и с настройкой на изменение веса транспорта, где 1 – неподвижный вал из немагнитного материала, 2 – амортизатор шасси транспорта, 3 – вращающийся барабан из немагнитного материала, 10 – цилиндрический полый магнит с U-образным продольным сечением, 11 – воздушный кольцевой зазор, 33 – механизм аксиального смещения, 34 – Т-образный толкатель правых половинок U-образных магнитов, 35 - скользящий по валу узел крепления правых половинок U-образных магнитов, 36 – правая половина верхнего седлообразного магнита с U-образным продольным сечением, 37 – правая половина нижнего седлообразного магнита с U-образным продольным сечением, 38 – воздушный аксиальный зазор, 39 – левая половина верхнего седлообразного магнита с U-образным продольным сечением, 40 – левая половина нижнего седлообразного магнита с U-образным продольным сечением, 41 – узел крепления левых половинок U-образных магнитов, N – северный полюс магнита, S – южный полюс магнита.FIG. 10 MPC with a rotating drum and with adjustment for changing the weight of the transport, where 1 is a fixed shaft of non-magnetic material, 2 is a shock absorber of the chassis of the transport, 3 is a rotating drum of non-magnetic material, 10 is a cylindrical hollow magnet with a U-shaped longitudinal section, 11 - air annular gap, 33 — axial displacement mechanism, 34 —T-shaped pusher of the right halves of U-shaped magnets, 35 — sliding attachment point of the right halves of U-shaped magnets on the shaft, 36 — right half of the upper saddle-shaped magnet with a U-shaped longitudinal section, 37 - the right half of the lower saddle magnet with a U-shaped longitudinal section, 38 - the axial air gap, 39 - the left half of the upper saddle magnet with a U-shaped longitudinal section, 40 - the left half of the lower saddle magnet with a U-shaped longitudinal section , 41 - attachment point of the left halves of U-shaped magnets, N - north pole of the magnet, S - south pole of the magnet.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

МРС выполненный по фиг. 5 работоспособен, но недостаточно эффективен из-за замыкания магнитных полей, между вертикальными магнитами 12 и 13 и по материалу барабана 3.The MPC of FIG. 5 is efficient, but not effective enough due to the closure of magnetic fields between the vertical magnets 12 and 13 and the material of the drum 3.

Замыкание магнитных потоков через барабан 3 и вал 1 можно избежать путем применения немагнитных материалов, например, барабан отливается из силумина, а вал изготавливается из нержавеющей стали.The closure of magnetic fluxes through the drum 3 and the shaft 1 can be avoided by using non-magnetic materials, for example, the drum is cast from silumin, and the shaft is made of stainless steel.

Увеличение расстояния между этими магнитами приводит к увеличению габаритов МРС и увеличению массы и стоимости вращающегося цилиндрического полого магнита. Замыкание полей между вертикальными магнитами 12 и 13 фиг. 5 решается, например, путем их замены на U-образный магнит верхний 17 и U-образный магнит нижний 18 как показано на фиг. 6.. U-образные магниты закреплены на узле фиксации U-образных магнитов 19. Магнитопроводы U-образных магнитов не пересекаются с валом 1 Расположение полюсов цилиндрического полого магнита 10 не изменяется. Расположение полюсов магнитов 17 и 18 и их взаимодействие с полюсами цилиндрического полого магнита 10 сохраняется и соответствует описанию работы МРС по фиг. 5. Для повышения эффективности вращающийся цилиндрический полый магнит 10 выполняется, например с U-образным продольным сечением, причем кольцевые полюса магнита направляются в сторону вала. Под продольным сечением подразумевается плоскость, в которой лежит вал 1.An increase in the distance between these magnets leads to an increase in the size of the MRS and an increase in the mass and cost of a rotating cylindrical hollow magnet. Field closure between the vertical magnets 12 and 13 of FIG. 5 is solved, for example, by replacing them with a U-shaped magnet upper 17 and a U-shaped magnet lower 18 as shown in FIG. 6 .. U-shaped magnets are fixed on the fixation unit of U-shaped magnets 19. Magnetic cores of U-shaped magnets do not intersect with shaft 1 The location of the poles of the cylindrical hollow magnet 10 does not change. The location of the poles of the magnets 17 and 18 and their interaction with the poles of the cylindrical hollow magnet 10 is maintained and corresponds to the description of the operation of the MPC of FIG. 5. To increase the efficiency of the rotating cylindrical hollow magnet 10 is performed, for example, with a U-shaped longitudinal section, and the annular poles of the magnet are directed towards the shaft. By longitudinal section is meant the plane in which the shaft 1 lies.

Узел фиксации U-образных магнитов, 19 закреплен на валу 1 и выполнен из немагнитного материала, например латуни.The fixation unit of the U-shaped magnets, 19 is mounted on the shaft 1 and is made of non-magnetic material, such as brass.

Между U-образными магнитами 17 или 18 и цилиндрическим полым магнитом 10 остается воздушный кольцевой зазор 11.Between the U-shaped magnets 17 or 18 and the cylindrical hollow magnet 10 there remains an air annular gap 11.

Взаимодействие комплекта магнитов приводит к появлению магнитной силы Fm. Сила Fm взаимодействия магнитов отжимает вниз вращающийся барабан 3 относительно неподвижного вала 1.The interaction of a set of magnets leads to the appearance of a magnetic force Fm. The force Fm of the interaction of the magnets pushes down the rotating drum 3 relative to the stationary shaft 1.

Внутренний объем барабана защищен от воды сальниками подшипника прототипа, но внутри барабана возможна конденсация влаги от перепада температур. Вода может просачиваться и через сальники. При отрицательных температурах вода в воздушном кольцевом зазоре 11 замерзает, магниты заклиниваются. Транспорт не сможет тронуться с места. Для предупреждения примерзания, в свободных местах барабана устанавливаются сетчатая емкость 20 с влагопоглощающим материалом, например силикагелем.The inner volume of the drum is protected from water by the glands of the prototype bearing, but moisture can be condensed from the temperature difference inside the drum. Water can leak through the seals. At negative temperatures, the water in the air annular gap 11 freezes, the magnets are jammed. Vehicles will not be able to move. To prevent freezing, a mesh container 20 with a moisture-absorbing material, for example silica gel, is installed in free places of the drum.

Принцип работы комплекта магнитов применим так же в альтернативном МРС с вращающимся валом, который показан на фиг. 7. МРС крепится своим неподвижным барабаном 3 на амортизаторе 2 шасси транспорта. Цилиндрический полый магнит 21 закреплен на вращающемся валу 1. Магнит имеет U-образное продольное сечение и обращен своими кольцевыми полюсами от вала 1 к полюсам верхнего седлообразного магнита с U-образным продольным сечением 22 и к полюсам нижнего седлообразного магнита с U-образным продольным сечением 23. Седлообразные магниты 22 и 23 закреплены внутри неподвижного барабана 3 сверху и снизу, как показано на фиг. 7. Верхний седлообразный магнит 22 своим S-полюсом отталкивает вниз S-полюс цилиндрического полого магнита 21 и своим N-полюсом отталкивает N-полюс цилиндрического полого магнита 21. Нижний седлообразный магнит 23 своим N-полюсом притягивает вниз S-полюс цилиндрического полого магнита 21 и своим S-полюсом притягивает вниз N-полюс цилиндрического полого магнита 21. Взаимодействие комплекта магнитов приводит к появлению магнитной силы Fm. Сила взаимодействия магнитов Fm отжимает вниз вращающийся вал 1 относительно барабана 3, который закреплен на амортизаторе.The principle of operation of a set of magnets is also applicable in an alternative rotary shaft MPC, which is shown in FIG. 7. MPC is mounted with its stationary drum 3 on the shock absorber 2 of the chassis of the vehicle. A cylindrical hollow magnet 21 is mounted on the rotating shaft 1. The magnet has a U-shaped longitudinal section and faces its annular poles from the shaft 1 to the poles of the upper saddle-shaped magnet with a U-shaped longitudinal section 22 and to the poles of the lower saddle-shaped magnet with a U-shaped longitudinal section 23 The saddle-shaped magnets 22 and 23 are fixed inside the stationary drum 3 from above and below, as shown in FIG. 7. The upper saddle-shaped magnet 22 with its S-pole pushes down the S-pole of the cylindrical hollow magnet 21 and its N-pole pushes the N-pole of the cylindrical hollow magnet 21. The lower saddle-shaped magnet 23 with its N-pole attracts the S-pole of the cylindrical hollow magnet 21 and with its S-pole draws down the N-pole of the cylindrical hollow magnet 21. The interaction of a set of magnets leads to the appearance of a magnetic force Fm. The force of interaction of the magnets Fm pushes down the rotating shaft 1 relative to the drum 3, which is mounted on the shock absorber.

Между седлообразными магнитами 22 или 23 и цилиндрическим полым магнитом 21 остается воздушный кольцевой зазор 11 минимальной толщины.Between the saddle-shaped magnets 22 or 23 and the cylindrical hollow magnet 21 there remains an air annular gap 11 of minimum thickness.

В тех случаях, когда требуется увеличить силу взаимодействия магнитов Fm без увеличения диаметра барабана или уменьшить диаметр барабана на валу поочередно закрепляются несколько комплектов магнитов, которые прижимаются друг другу одноименными полюсами магнитов, как показано на фиг. 8. Например, N-полюс цилиндрического полого магнита комплекта магнитов 24 прижат к соседнему N-полюсу цилиндрического полого магнита комплекта магнитов 25. Далее S-полюс цилиндрического полого магнита комплекта магнитов 25 прижат к соседнему S-полюсу цилиндрического полого магнита комплекта магнитов 26. Аналогично совмещаются последовательно одноименные полюса седлообразных магнитов последующих комплектов магнитов, например, N-полюс верхнего магнита комплекта магнитов 24 прижат к соседнему N-полюсу верхнего магнита комплекта магнитов 25 и S-полюс нижнего магнита комплекта магнитов 24 прижат к соседнему S-полюсу нижнего магнита комплекта магнитов 25.In those cases when it is required to increase the interaction force of the magnets Fm without increasing the diameter of the drum or to reduce the diameter of the drum, several sets of magnets are fixed to the shaft, which are pressed against each other by the same pole of the magnets, as shown in FIG. 8. For example, the N-pole of the cylindrical hollow magnet of the set of magnets 24 is pressed against the adjacent N-pole of the cylindrical hollow magnet of the set of magnets 25. Next, the S-pole of the cylindrical hollow magnet of the set of magnets 25 is pressed to the adjacent S-pole of the cylindrical hollow magnet of the set of magnets 26. Similarly the poles of saddle-shaped magnets of the following sets of magnets are sequentially aligned, for example, the N-pole of the upper magnet of the set of magnets 24 is pressed against the adjacent N-pole of the upper magnet of the set of magnets 25 and S-p lower magnet pole of the magnet set 24 is pressed to the adjacent S-pole of the lower magnet set 25 of the magnets.

Как следует из ломаной линии 16 графика фиг. 3, наиболее выгодным является режим левитации в точке 15. Режим левитации достигается способами:As follows from the broken line 16 of the graph of FIG. 3, the most advantageous is the levitation mode at point 15. The levitation mode is achieved by the following methods:

- установкой МРС с необходимой фиксированной силой взаимодействия магнитов, например по индивидуальным заказам, на определенный вес гоночного электромобиля,- installation of MPC with the necessary fixed force of interaction of magnets, for example, by individual orders, for a certain weight of a racing electric car,

- подбором веса груза, перевозимого транспортом, например, выпускаются серии велосипедов или инвалидных колясок с указанием в их паспортах рекомендуемого диапазона веса пользователя,- selection of the weight of the cargo transported, for example, a series of bicycles or wheelchairs are produced with an indication of the recommended weight range of the user in their passports,

- применением МРС с настройкой на изменение веса транспорта путем радиального и (или) аксиального смещения некоторых магнитов или (и) частей магнитов в комплекте магнитов- the use of MPC with tuning to change the weight of the vehicle by radial and (or) axial displacement of some magnets or (and) parts of magnets in a set of magnets

Пример радиального смещения магнита показан в верхней части фиг. 9. В МРС с вращающимся валом верхний седлообразный магнит 22 смещается в радиальном направлении механизмом радиального смещения 27. Небольшое изменение толщины воздушного зазора эффективно влияет на значение силы взаимодействия магнитов Fm, но требуют от механизма 27 радиального смещения значительных усилий. Разгрузочные пружины 28 могут устанавливаться для облегчения работы механизма смещения.An example of the radial displacement of the magnet is shown at the top of FIG. 9. In an MPC with a rotating shaft, the upper saddle-shaped magnet 22 is shifted in the radial direction by the radial displacement mechanism 27. A small change in the thickness of the air gap effectively affects the magnitude of the interaction force of the magnets Fm, but they require considerable effort from the radial displacement mechanism 27. Unloading springs 28 can be installed to facilitate the operation of the biasing mechanism.

Пример аксиального смещения магнита показан в нижней части фиг. 9. В МРС с вращающимся валом нижний седлообразный магнит 23 смещается в аксиальном направлении механизмом аксиального смещения 29. Для аксиального смещения магнита достаточно небольших усилий. Но значительная величина перемещения магнитов увеличивает габарит МРС. В положении магнита 23, как показано на фиг. 9, магнитные потоки цилиндрического полого магнита 21 замыкаются сердечником полюса SS магнита 23 и сила взаимодействия магнита 23 с цилиндрическим полым магнитом 21 минимальна, что уменьшает силу взаимодействия магнитов Fm, Направляющие 30 обеспечивают постоянство воздушного кольцевого зазора 11.An example of axial displacement of the magnet is shown at the bottom of FIG. 9. In an MPC with a rotating shaft, the lower saddle-shaped magnet 23 is shifted in the axial direction by the axial displacement mechanism 29. Small forces are sufficient for the axial displacement of the magnet. But a significant magnitude of the movement of the magnets increases the size of the MPC. In the position of the magnet 23, as shown in FIG. 9, the magnetic fluxes of the cylindrical hollow magnet 21 are closed by the pole core SS of the magnet 23 and the interaction force of the magnet 23 with the cylindrical hollow magnet 21 is minimal, which reduces the interaction force of the magnets Fm. The guides 30 ensure a constant air annular gap 11.

Пример аксиального смещения части магнита показан в средней части фиг. 10. В МРС с вращающимся барабаном механизм аксиального смещения магнитов 33 приводит в движение Т-образный толкатель 34, плечи которого перемещаются в продольной прорези вала 1. Плечи Т-образного толкателя смещают по горизонтали скользящий по валу узел 35 крепления правых половинок 36 и 37 U-образных магнитов. При перемещении U-образных магнитов изменяется воздушный аксиальный зазор 38, что изменяет силу взаимодействия магнитов Fm. Оставшиеся левые половины 39 и 40 U-образных магнитов закреплены на неподвижном узле 41 крепления левых половинок U-образных магнитов и не меняют своего положения.An example of axial displacement of a part of a magnet is shown in the middle part of FIG. 10. In an MPC with a rotating drum, the axial displacement mechanism of the magnets 33 drives the T-shaped pusher 34, the shoulders of which move in the longitudinal slot of the shaft 1. The shoulders of the T-shaped pusher displace horizontally sliding on the shaft the mounting unit 35 of the right halves 36 and 37 U -shaped magnets. When moving U-shaped magnets, the air axial clearance 38 changes, which changes the force of interaction of the magnets Fm. The remaining left halves 39 and 40 of the U-shaped magnets are fixed on the fixed node 41 of the fastening of the left halves of the U-shaped magnets and do not change their position.

Настройка на изменение веса транспорта механизмов радиального или (и) аксиального смещения выполняется вручную, например, путем вращения винта отверткой, или автоматически от сигналов блока управления 32.Adjustment to change the weight of the transport mechanisms of radial or (and) axial displacement is performed manually, for example, by rotating the screw with a screwdriver, or automatically from the signals of the control unit 32.

Для автоматической настройки, между МРС и амортизатором 2, встраивается датчик измерения нагрузки 31 фиг. 9. Сигнал от датчика обрабатывается в блоке управления 32. Блок управления вырабатывает сигнал управления механизмами смещения, которые обеспечивается оптимальное расположение магнитов. Во время движения, неровности дороги приводят к непрерывному изменению сигнала датчика. Сигнал датчика состоит из постоянной составляющей, определяемой весом транспорта и случайными отклонениями сигнала, определяемыми полотном дороги. Для выделения постоянного составляющей блок управления 32 содержит интегрирующее устройство.For automatic tuning, between the MPC and the shock absorber 2, a load measuring sensor 31 of FIG. 9. The signal from the sensor is processed in the control unit 32. The control unit generates a control signal for the bias mechanisms, which ensures the optimal arrangement of the magnets. While driving, road bumps lead to a continuous change in the sensor signal. The sensor signal consists of a constant component, determined by the weight of the vehicle and random signal deviations determined by the roadway. To isolate the DC component, the control unit 32 comprises an integrating device.

Величина воздушного кольцевого зазора может контролироваться блоком управления различными способами. Например, установкой датчика измерения толщины воздушного кольцевого зазора, установкой датчика положения магнита. Но можно обойтись и без применения отдельного датчика, например, при использовании в механизме радиального или аксиального смещения шагового двигателя, который на парковке уменьшает воздушный кольцевой или аксиальный зазор до упора магнитов, а после запуска двигателя и измерения нагрузки на МРС, блоком управления устанавливается оптимальная величина воздушного зазора, путем расчета и исполнения количества шагов.The size of the air annular gap can be controlled by the control unit in various ways. For example, by installing a sensor for measuring the thickness of the air annular gap, by installing a magnet position sensor. But you can do without the use of a separate sensor, for example, when using a stepper motor in the radial or axial displacement mechanism, which in the parking lot reduces the air annular or axial clearance to the stop of the magnets, and after starting the engine and measuring the load on the MPC, the optimal value is set by the control unit air gap by calculating and executing the number of steps.

Claims

1. Magnetically unloaded hub (hereinafter referred to as MPC), consisting of a shaft on which two angular contact bearings with seals are pressed, and a drum pressed onto these bearings with, for example, mounting brackets, characterized in that the hub is additionally equipped with a set of magnets, including includes one cylindrical hollow permanent magnet that is mounted on the drum and magnetized along its axis, and two permanent magnets that are mounted on the shaft and magnetized perpendicular to the MPC shaft, while there remains between ushny annular gap, and the magnetic interaction force Fm is directed radially against an external radial force on the load P MRS, wherein at zero load force F on MRS vehicle friction force Ftr is different from zero and equal to Ftr = Fm * k, where

Ftr is the friction force that occurs in the bearing,

Fm is the force of interaction of the magnets,

k is the rolling friction coefficient of the bearing,

but with an increase in the force P of the load on the MPC in the direction against the interaction force Fm of the magnets, the friction force Ftr, which is calculated by the formula

Ftr = (Fm - P) * k, where

Ftr is the friction force that occurs in the bearing,

Fm is the force of interaction of the magnets,

P is the load force on the MPC,

k is the rolling friction coefficient of the bearing,

decreases linearly and reaches zero when the force P of the load on the MPC is equal to the force of interaction of the magnets Fm, which achieves the effect of magnetic levitation, and with a further increase in the load on the MPC in the same direction, for example, when the weight of the transport increases, the friction force Ftr, which is calculated by

Ftr = (P - Fm) * k, where

Ftr is the friction force that occurs in the bearing,

P is the load force on the MPC,

Fm is the force of interaction of the magnets,

k is the rolling friction coefficient of the bearing,

increases linearly.

2. MRS according to claim 1, characterized in that the shaft is stationary, for example, like the hub of a car, motorcycle or bicycle, and with the aim of pushing the drum down relative to the stationary shaft, the set of magnets consists of a cylindrical hollow permanent magnet that is mounted horizontally in a rotating a drum of non-magnetic material, and the permanent magnets are made in the form of two vertical magnets, left and right, which are magnetized in p in opposite directions, and the poles of the cylindrical hollow magnet together with the drum are attracted to the upper poles of the vertical magnets and repelled from the lower poles of the vertical magnets, which ensures unloading of the bearings.

3. MPC according to claim 1, characterized in that in order to avoid partial closure of magnetic flux between the poles of the magnets, the set of magnets consists of a cylindrical hollow permanent magnet that is mounted on a rotating drum, and the permanent magnets are made in the form of two horizontal magnets of U-shaped section , upper and lower, which are fixed one above the other on a fixed shaft of non-magnetic material using a non-magnetic unit for fixing U-shaped magnets, so that the poles of the upper magnet are directed upward relative about the horizon, and the poles of the lower magnet are directed downward, and the poles of the cylindrical hollow magnet together with the drum are attracted to the upper poles of the horizontal magnets and repelled from the lower poles of the horizontal magnets, which ensures unloading of the bearings by pressing downward relative to the stationary shaft of the rotating drum.

4. MRS according to claim 1, characterized in that the shaft is made rotating, for example, like the hub of a pair of trams, and for the purpose of pushing the shaft down from the stationary drum, the set of magnets consists of a cylindrical hollow permanent magnet that is magnetized along its axis, fixed coaxially on a rotating shaft of non-magnetic material, and the permanent magnets are made in the form of two horizontal saddle-shaped magnets of U-shaped section, upper and lower, which are located in the drum of non-magnetic material above and below and are fixed along its axis, it is magnetized horizontally and parallel to the rotating shaft, but in opposite directions relative to each other, moreover, the poles of the upper saddle-shaped magnet are repelled from the poles of the cylindrical hollow permanent magnet, and the poles of the lower saddle-shaped magnet are attracted to the poles of the rotating cylindrical hollow magnet, which ensures unloading of the bearings .

5. MRS according to claim 1, characterized in that in order to increase the interaction force Fm of the magnets, the cylindrical hollow permanent magnet is made with a U-shaped longitudinal section, and the resulting ring magnet poles are directed and magnetized radially towards the poles of the other magnets of the set.

6. MRS according to claim 1, characterized in that in order to reduce the diameter of the drum and / or increase the force Fm of the interaction of the magnets, additional sets of magnets are alternately installed, which are located along the shaft, for example, a wheelset of a subway car and adjoin each other with the same poles of magnets, for example, the N-pole of a cylindrical hollow magnet of any set is aligned with the N-pole of a cylindrical hollow magnet of an adjacent set, the N-pole of the top magnet of any set is aligned with the N-pole of the upper magnet of an adjacent set Lecta and S-pole of the lower magnet of any set is combined with the S-pole of the lower magnet of the neighboring set.

7. MRS according to claim 1, characterized in that in order to increase the interaction force Fm of the magnets, the thickness of the air annular gap between the poles of the cylindrical hollow magnet and the poles of the remaining magnets is reduced to a technologically permissible value that excludes mechanical contact of the magnets and takes into account the bearing play at the end of the operating life .

8. MRS according to claim 1, characterized in that in order to adjust the interaction force Fm of the magnets by changing the radial and / or axial displacement of some magnets and / or parts of the magnets from the set of magnets, moreover, when the magnets are displaced relative to their optimal location or when the whole parts of the magnet, the force Fm of the interaction of the magnets decreases, which allows you to restore the magnetic levitation mode of MRS with a decrease in the weight of the transport.

9. MPC according to claim 1, characterized in that in order to facilitate the work of the radial or axial displacement mechanism between the fixed part of the MPC and the biased magnet, one or more unloading springs are installed, the force of which is directed against the interaction force of the magnets or their parts.

10. MPC according to claim 1, characterized in that for the purpose of automatically adjusting the interaction force Fm of the magnets when the weight of the transport changes between the fixed part of the MPC and the shock absorber of the vehicle, a load measuring sensor on the MPC is added, for example, a load cell, which measures the force P of the MPC load transport, and a control unit in which the signal from the load measurement sensor is analyzed and integrated, and the control unit generates a control signal for the radial and / or axial displacement mechanisms and controls I position biasing magnet.

11. MPC according to claim 1, characterized in that in order to prevent the magnets from freezing to each other at negative temperatures due to moisture condensation and / or water penetrating through the seals into the air annular gap in the free internal volume, for example, on the fixed part of the MPC, containers, for example, mesh, with a moisture-absorbing material, for example silica gel, are installed, and the MPC design allows their replacement during maintenance.