RU2728916C1 - Radial electromagnetic support of active magnetic bearing - Google Patents

Radial electromagnetic support of active magnetic bearing Download PDF

Info

Publication number
RU2728916C1
RU2728916C1 RU2020102349A RU2020102349A RU2728916C1 RU 2728916 C1 RU2728916 C1 RU 2728916C1 RU 2020102349 A RU2020102349 A RU 2020102349A RU 2020102349 A RU2020102349 A RU 2020102349A RU 2728916 C1 RU2728916 C1 RU 2728916C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electromagnet
stator
rotor
support
layer
Prior art date
Application number
RU2020102349A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Андрианов
Ильдар Дамирович Мазитов
Эдуард Вячеславович Сусликов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа"
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 "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа"
Priority to RU2020102349A priority Critical patent/RU2728916C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2728916C1 publication Critical patent/RU2728916C1/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

Landscapes

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

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to bearing devices of rotary machines and can be used in various plants with fast rotating rotor, such as turbine units, centrifugal compressors and turbo-expander, electric motors and electric generators. Radial electromagnetic support of active magnetic bearing comprises stator and rotor of support. Stator of electromagnet made in three-layer in axial direction is installed in stator support housing. Electromagnet stator comprises two sections of the magnetic conductor, made in the form of packages from electrical steel with internal teeth separated by a layer of non-ferromagnetic material with identical profile of internal teeth. Windings of electromagnet cover three-layer stator teeth. Electromagnet rotor installed on the machine shaft is also three-layered and contains two sections of the magnetic conductor, in the form of annular packages of electrical steel separated by a circular layer of non-ferromagnetic material. Non-ferromagnetic material layer is a rotor of the gap sensors between the stator and the electromagnet rotor. Stators of the gap sensors are installed in the support casing in the section of the non-ferromagnetic material of the stator of the electromagnet so that to control the gaps along the axes of stabilization of the radial electromagnetic support of the active magnetic bearing.EFFECT: invention allows creating a simple compact structure of radial support of active magnetic bearing with reduced requirements to accuracy of its elements manufacturing and their mutual arrangement, as well as reduce the effect of dynamic loads in the operating rpm range, by combining the electromagnet structures and the rotor position sensors with the radial electromagnet structure.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к подшипниковым устройствам роторных машин и может использоваться в составе различных установок с быстровращающимся ротором, таких как турбоагрегаты, центробежные компрессоры и турбодетандеры, электродвигатели и электрогенераторы.The invention relates to bearing devices for rotary machines and can be used in various installations with a rapidly rotating rotor, such as turbine units, centrifugal compressors and turbo expanders, electric motors and generators.

Активные магнитные подшипники (АМП) в настоящее время получили широкое применение в современных нагнетателях газоперекачивающих агрегатов.Active magnetic bearings (AMB) are now widely used in modern blowers of gas pumping units.

Известна магнитная опора компрессора, содержащая разъемный корпус с установленными в нем радиальным и осевыми электромагнитами и двумя радиальными и радиально-осевыми датчиками перемещений и ротор радиально-осевых датчиков перемещений, размещенных на валу в осевом направлении. Радиально-осевые датчики перемещений и осевые электромагниты установлены со стороны конца вала, а два радиальных датчика перемещений установлены по обе стороны радиального электромагнита, расположенного в части корпуса со стороны компрессора, роторы радиальных датчиков перемещений установлены на первой втулке, общей для этих роторов и ротора радиального электромагнита, ротор осевых электромагнитов установлен на второй втулке, причем внутренние поверхности обоих втулок и наружные поверхности участков вала, на которых они установлены, выполнены коническими. (Патент РФ №2251033, публ. 2005).Known is a magnetic support for a compressor containing a split casing with radial and axial electromagnets installed in it and two radial and radial-axial displacement sensors and a rotor of radial-axial displacement sensors placed on the shaft in the axial direction. Radial-axial displacement sensors and axial electromagnets are installed on the side of the shaft end, and two radial displacement sensors are installed on both sides of a radial electromagnet located in a part of the housing from the compressor side, rotors of radial displacement sensors are installed on the first bushing common to these rotors and the radial rotor electromagnet, the rotor of axial electromagnets is mounted on the second bushing, and the inner surfaces of both bushings and the outer surfaces of the shaft sections on which they are mounted are made conical. (RF patent №2251033, publ. 2005).

Недостатком известной магнитной опоры является то, что в ней конструкция радиальных опор предопределяет несовпадение в осевом направлении сечений, в которых действуют удерживающие силы, и сечений, по которым формируется сигнал отклонения ротора радиальными датчиками перемещений АМП (датчики зазора между статором и ротором). Данное несовпадение приводит к существенному ужесточению требований к точности изготовления и взаимной компоновки элементов конструкции ротора и статора радиальной опоры, усложнению алгоритмов отладки контуров стабилизации АМП, снижению точности стабилизации ротора в сечениях датчиков АМП, а также к увеличению динамических прогибов оси ротора в диапазоне рабочих частот вращения и увеличению динамических нагрузок на опоры в диапазоне рабочих частот вращения, что приводит к требованию применения электромагнитов с большей несущей способностью.The disadvantage of the known magnetic support is that the design of the radial supports in it predetermines the mismatch in the axial direction of the sections in which the holding forces act and the sections along which the rotor deflection signal is generated by the AMP radial displacement sensors (gap sensors between the stator and the rotor). This discrepancy leads to a significant tightening of the requirements for the accuracy of manufacturing and the mutual arrangement of the structural elements of the rotor and stator of the radial support, the complication of the algorithms for debugging the AMP stabilization contours, a decrease in the accuracy of the rotor stabilization in the sections of AMP sensors, as well as an increase in the dynamic deflections of the rotor axis in the range of operating speeds. and an increase in dynamic loads on supports in the range of operating speeds, which leads to the requirement for the use of electromagnets with a higher carrying capacity.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание простой компактной конструкции радиальной опоры АМП с уменьшенными требованиями к точности изготовления ее элементов и их взаимного расположения, а также уменьшения действия динамических нагрузок в диапазоне рабочих частот вращения, за счет совмещения конструкций электромагнитов и датчиков положения ротора с конструкцией радиального электромагнита.The task to be solved by the claimed invention is to create a simple compact design of the radial support of the AMP with reduced requirements for the accuracy of manufacturing its elements and their mutual arrangement, as well as reducing the effect of dynamic loads in the range of operating speeds, by combining the structures of electromagnets and position sensors a rotor with a radial electromagnet design.

Технический результат достигается тем, что в радиальной электромагнитной опоре активного магнитного подшипника, содержащей корпус с установленными в нем ротором и статором электромагнита, статор электромагнита выполнен трехслойным в осевом направлении и содержит две секции магнитопровода, выполненные в виде пакетов из электротехнической стали с внутренними зубцами, разделенные прослойкой из неферромагнитного материала с идентичным профилем внутренних зубцов, причем на трехслойных внутренних зубцах статора выполнена обмотка, при этом ротор электромагнита также выполнен трехслойным и содержит две секции магнитопровода в виде кольцевых пакетов из электротехнической стали, разделенные кольцевой прослойкой из неферромагнитного материала, являющейся ротором датчиков зазора между статором и ротором электромагнита, причем статоры датчиков зазора установлены в корпусе опоры в сечении прослойки неферромагнитного материала статора электромагнита с возможностью осуществления контроля зазоров по осям стабилизации опоры активного магнитного подшипника.The technical result is achieved by the fact that in a radial electromagnetic support of an active magnetic bearing, containing a housing with a rotor and an electromagnet stator installed in it, the electromagnet stator is three-layer in the axial direction and contains two sections of the magnetic circuit made in the form of packages of electrical steel with internal teeth, separated with an interlayer of non-ferromagnetic material with an identical profile of the internal teeth, and a winding is made on the three-layer internal teeth of the stator, while the rotor of the electromagnet is also three-layer and contains two sections of the magnetic circuit in the form of annular packages of electrical steel, separated by an annular layer of non-ferromagnetic material, which is the rotor of the gap sensors between the stator and the rotor of the electromagnet, and the stators of the gap sensors are installed in the support housing in the cross-section of the non-ferromagnetic material of the electromagnet stator with the possibility of monitoring the gaps along the axis pits for stabilizing the support of an active magnetic bearing.

Встраивание датчиков АМП в средний неферромагнитный слой статора, обеспечивает совпадение сечений, в которых действуют удерживающие силы, и сечений, по которым формируется сигнал отклонения ротора, что способствует уменьшению динамических прогибов оси ротора в диапазоне рабочих частот вращения.Embedding AMP sensors in the middle non-ferromagnetic stator layer ensures the coincidence of the cross-sections in which the holding forces act and the cross-sections along which the rotor deflection signal is generated, which helps to reduce the dynamic deflections of the rotor axis in the range of operating speeds.

Совмещение электромагнитов и датчиков положения ротора обеспечивают компактность конструкции радиальных электромагнитных опор АМП и снижают требования к точности изготовления элементов опоры и их взаимного расположения, а также увеличивает точность стабилизации ротора в сечениях датчиков АМП.The combination of electromagnets and rotor position sensors provides a compact design of the AMP radial electromagnetic supports and reduces the requirements for the accuracy of the support elements manufacturing and their mutual arrangement, and also increases the accuracy of rotor stabilization in the AMP sensors sections.

Совмещение в конструкции сечений электромагнита и датчиков зазора дополнительно упрощает алгоритмы отладки контуров стабилизации АМП.The combination of the cross-sections of the electromagnet and the gap sensors in the design additionally simplifies the algorithms for debugging the AMF stabilization contours.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The essence of the invention is illustrated by drawings, where:

- на фиг. 1 изображен эскиз конструкции радиальной электромагнитной опоры АМП;- in Fig. 1 shows a sketch of the structure of a radial electromagnetic support AMP;

- на фиг. 2 изображен эскиз фрагмента сечения в центральной части конструкции радиальной электромагнитной опоры АМП с восьмиполюсным электромагнитом и четырьмя обмотками, четырьмя датчиками АМП (на фиг. 2 показаны два датчика), измеряющими положение ротора относительно двух перпендикулярных осей стабилизации;- in Fig. 2 shows a sketch of a fragment of a section in the central part of the structure of a radial electromagnetic support AMP with an eight-pole electromagnet and four windings, four AMP sensors (two sensors are shown in Fig. 2), measuring the position of the rotor relative to two perpendicular stabilization axes;

- на фиг. 3 изображен эскиз фрагмента сечения в центральной части конструкции радиальной электромагнитной опоры АМП с восьмиполюсным электромагнитом и восемью обмотками, восемью датчиками АМП (на фиг. 2 показаны два датчика), измеряющими положение ротора относительно двух осей стабилизации.- in Fig. 3 shows a sketch of a fragment of a section in the central part of the structure of a radial electromagnetic support AMP with an eight-pole electromagnet and eight windings, eight AMP sensors (two sensors are shown in Fig. 2) measuring the position of the rotor relative to two stabilization axes.

Радиальная электромагнитная опора активного магнитного подшипника содержит статор и ротор опоры. В корпусе 1 статора опоры, установлен статор электромагнита, выполненный трехслойным в осевом направлении. Статор электромагнита содержит две секции магнитопровода, выполненные в виде пакетов 2 из электротехнической стали с внутренними зубцами, разделенные прослойкой 3 неферромагнитного материала с идентичным профилем внутренних зубцов. Обмотки электромагнита 4 охватывают зубцы трехслойного статора. Ротор электромагнита, установленный на валу 5, выполнен также трехслойным и содержит две секции магнитопровода, выполненные в виде кольцевых пакетов 6 электротехнической стали, разделенных кольцевой прослойкой 7 из неферромагнитного материала. Прослойка 7 из неферромагнитного материала является ротором датчиков зазора между статором и ротором электромагнита. Статоры 8 датчиков зазора установлены в корпусе опоры в сечении прослойки 3 из неферромагнитного материала статора электромагнита таким образом, чтобы осуществлять контроль зазоров по осям 9 стабилизации опоры активного магнитного подшипника.The radial electromagnetic support of an active magnetic bearing contains a stator and a support rotor. In the stator housing 1 of the support, an electromagnet stator is installed, made three-layer in the axial direction. The stator of the electromagnet contains two sections of the magnetic circuit, made in the form of packages 2 of electrical steel with internal teeth, separated by an interlayer 3 of non-ferromagnetic material with an identical profile of the internal teeth. The windings of the electromagnet 4 cover the teeth of the three-layer stator. The rotor of the electromagnet, mounted on the shaft 5, is also three-layer and contains two sections of the magnetic circuit, made in the form of annular packages 6 of electrical steel, separated by an annular layer 7 of non-ferromagnetic material. Interlayer 7 of non-ferromagnetic material is the rotor of the gap sensors between the stator and the rotor of the electromagnet. The stators 8 of the gap sensors are installed in the support housing in the section of the interlayer 3 made of non-ferromagnetic material of the electromagnet stator so as to control the gaps along the stabilization axes 9 of the active magnetic bearing support.

В зависимости от исполнения зубцовых зон электромагнитов возможны варианты установки статоров 8 датчиков зазора, как по их расположению, так и по их количеству. На фиг. 2 показан вариант установки датчиков зазора для восьмиполюсного электромагнита с четырьмя обмотками 4 и двумя осями стабилизации 9. Аналогичный вариант установки датчиков зазора подходит для многополюсных электромагнитов, в которых ось стабилизации совпадает центральным зубцом зоны формирования удерживающих сил. В случаях, когда ось стабилизации не совпадает с осью зубцов зоны создания удерживающих сил, необходимы четыре датчика зазора для формирования дифференциального сигнала отклонения на одну ось стабилизации, как это показано на фиг. 3, или специальные преобразователи координат в устройствах формирования сигналов отклонения.Depending on the design of the toothed zones of the electromagnets, it is possible to install the stators 8 of the gap sensors, both by their location and by their number. FIG. 2 shows a variant of installing gap sensors for an eight-pole electromagnet with four windings 4 and two stabilization axes 9. A similar variant of the gap sensors installation is suitable for multi-pole electromagnets, in which the stabilization axis coincides with the central tooth of the holding force formation zone. In cases where the axis of stabilization does not coincide with the axis of the teeth of the zone of creation of holding forces, four gap sensors are needed to generate a differential deflection signal on one axis of stabilization, as shown in FIG. 3, or special coordinate converters in deviation signal generation devices.

Радиальная электромагнитная опора активного магнитного подшипника содержит два канала управления по каждой из осей стабилизации. Обычно каналы управления выполняются независимыми. Каждый канал управления АМП работает следующим образом.The radial electromagnetic support of the active magnetic bearing contains two control channels along each of the stabilization axes. Typically, the control channels are independent. Each AMP control channel operates as follows.

При отклонении ротора по любой из радиальных осей, например, по вертикальной оси на фиг. 1, датчики зазора, включенные по дифференциальной схеме, формируют сигнал отклонения ротора от центрального положения. Далее сигнал отклонения поступает в электронный блок управления, в котором формируются токи обмоток электромагнита 4 по данной радиальной оси таким образом, чтобы результирующая сила электромагнита действовала в направлении противоположном отклонению.When the rotor is deflected along any of the radial axes, for example, along the vertical axis in FIG. 1, gap sensors, connected in a differential circuit, generate a signal of the rotor deviation from the central position. Further, the deflection signal enters the electronic control unit, in which the currents of the windings of the electromagnet 4 are formed along the given radial axis so that the resulting force of the electromagnet acts in the direction opposite to the deflection.

Claims (1)

Радиальная электромагнитная опора активного магнитного подшипника, содержащая корпус с установленными в нем ротором и статором электромагнита, отличающаяся тем, что статор электромагнита выполнен трехслойным в осевом направлении и содержит две секции магнитопровода, выполненные в виде пакетов из электротехнической стали с внутренними зубцами, разделенные прослойкой из неферромагнитного материала с идентичным профилем внутренних зубцов, причем на трехслойных внутренних зубцах статора выполнена обмотка, при этом ротор электромагнита также выполнен трехслойным и содержит две секции магнитопровода в виде кольцевых пакетов из электротехнической стали, разделенные кольцевой прослойкой из неферромагнитного материала, являющейся ротором датчиков зазора между статором и ротором электромагнита, причем статоры датчиков зазора установлены в корпусе опоры в сечении прослойки неферромагнитного материала статора электромагнита с возможностью осуществления контроля зазоров по осям стабилизации опоры активного магнитного подшипника.Radial electromagnetic support of an active magnetic bearing, containing a housing with a rotor and an electromagnet stator installed in it, characterized in that the electromagnet stator is three-layer in the axial direction and contains two sections of the magnetic circuit, made in the form of packages of electrical steel with internal teeth, separated by an interlayer of non-ferromagnetic material with an identical profile of internal teeth, moreover, a winding is made on the three-layer internal teeth of the stator, while the rotor of the electromagnet is also three-layer and contains two sections of the magnetic circuit in the form of annular packages of electrical steel, separated by an annular layer of non-ferromagnetic material, which is the rotor of the gap sensors between the stator and the rotor of the electromagnet, and the stators of the gap sensors are installed in the support housing in the cross-section of the non-ferromagnetic material of the electromagnet stator with the ability to control the gaps along the stabilization axes of the support a active magnetic bearing.
RU2020102349A 2020-01-22 2020-01-22 Radial electromagnetic support of active magnetic bearing RU2728916C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020102349A RU2728916C1 (en) 2020-01-22 2020-01-22 Radial electromagnetic support of active magnetic bearing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020102349A RU2728916C1 (en) 2020-01-22 2020-01-22 Radial electromagnetic support of active magnetic bearing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2728916C1 true RU2728916C1 (en) 2020-08-03

Family

ID=72085977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020102349A RU2728916C1 (en) 2020-01-22 2020-01-22 Radial electromagnetic support of active magnetic bearing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2728916C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4245869A (en) * 1978-08-07 1981-01-20 Padana Ag Magnetic bearings
SU1133636A1 (en) * 1982-05-17 1985-01-07 Московский Завод Скоростных Прецизионных Электроприводов Electric machine with magnetic suspension of rotor
RU2251033C2 (en) * 2003-06-30 2005-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие НПП ВНИИЭМ Compressor magnetic support
RU137067U1 (en) * 2013-08-21 2014-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Эльмаш (УЭТМ)" MAGNET BEARING

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4245869A (en) * 1978-08-07 1981-01-20 Padana Ag Magnetic bearings
SU1133636A1 (en) * 1982-05-17 1985-01-07 Московский Завод Скоростных Прецизионных Электроприводов Electric machine with magnetic suspension of rotor
RU2251033C2 (en) * 2003-06-30 2005-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие НПП ВНИИЭМ Compressor magnetic support
RU137067U1 (en) * 2013-08-21 2014-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Эльмаш (УЭТМ)" MAGNET BEARING

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1301979B1 (en) Economical, non-wearing electrical drive device
Nandi et al. Mixed eccentricity in three phase induction machines: analysis, simulation and experiments
KR900003635Y1 (en) Small sized motor
US11421734B2 (en) Active radial magnetic bearing assembly with internal sensors
Sugimoto et al. Design of homopolar consequent-pole bearingless motor with wide magnetic gap
RU2728916C1 (en) Radial electromagnetic support of active magnetic bearing
TW202015309A (en) Permanent magnet modules for an electric machine
CN106787319A (en) Rotor magnetic steel fixing structure and method
EP3942153A1 (en) Permanent magnet motor for electrical submersible pump
Hemenway et al. Magnetic bearing technology for industrial bearingless motor systems
US12046953B2 (en) Dual rotor-type motor having improved stator structure, and compressor comprising same
US11329530B2 (en) Electric machine system
Prasad et al. Bearing selection for high-speed electrical machine
US20150084450A1 (en) Rotating electric machine
RU2522898C1 (en) Terminal asynchronous electrical machine
CN113544386B (en) Vacuum pump
RU2007820C1 (en) Electric machine with horizontal shaft
RU2763352C1 (en) Radial electromagnetic support for active magnetic bearing
RU2246644C1 (en) Bearing for energy-dependant active magnetic suspension
FI130850B1 (en) An electric machine system
US6274956B1 (en) Base plate, particularly for electrical machines
EP4390181A1 (en) Magnetic modulation gear and gear motor
US20230085134A1 (en) Rotary electric machine and method of manufacturing rotary electric machine
RU2823259C1 (en) Stator winding on printed-circuit board with adaptive topology of concentric coils
CN113795675B (en) Vacuum pump and magnetic bearing integrated motor