RU2763352C1 - Radial electromagnetic support for active magnetic bearing - Google Patents

Radial electromagnetic support for active magnetic bearing Download PDF

Info

Publication number
RU2763352C1
RU2763352C1 RU2021108638A RU2021108638A RU2763352C1 RU 2763352 C1 RU2763352 C1 RU 2763352C1 RU 2021108638 A RU2021108638 A RU 2021108638A RU 2021108638 A RU2021108638 A RU 2021108638A RU 2763352 C1 RU2763352 C1 RU 2763352C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
radial
electrodes
electromagnets
rotor
stators
Prior art date
Application number
RU2021108638A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Андрианов
Максум Маратович Исламов
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 RU2021108638A priority Critical patent/RU2763352C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2763352C1 publication Critical patent/RU2763352C1/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
    • 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

FIELD: mechanical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to bearing devices of rotary machines and can be used as part of various installations with a fast-rotating rotor, such as turbine units, centrifugal compressors and turbo expanders, electric motors and electric generators, and provides minimal magnetic coupling between the magnetization and control windings. The radial support for an active magnetic bearing (AMB) contains a radial electromagnet with a rotor in the form of a sleeve (2) made of soft magnetic ferromagnetic material placed on a rotating shaft (1) and a stator made in the form of a cylindrical housing (4) made of soft magnetic ferromagnetic material, inside which two stators (5) of regulating electromagnets are installed. At the ends of the sleeve (2) there are two rotors (3) of control magnets made in the form of cylindrical packages of sheets of electrical steel. The stators (5) contain magnetic cores made of electrical steel in the form of packages with four internal teeth, on which four control windings (10) are located. An insert (6) containing a magnetizing winding (7) and a two-coordinate capacitive gap sensor is installed between the stators (5) of the regulating electromagnets.
EFFECT: ensuring the possibility of using radial electromagnets of a special design with reduced requirements for the accuracy of manufacturing the elements of the supports and their mutual arrangement, reducing the power of the output cascades of the current regulators of the radial channels of stabilization of the AMB and the possibility of creating compact electronic modules placed in the structure of the supports or in close proximity to the supports.
3 cl, 4 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 of rotary machines and can be used in various installations with a rapidly rotating rotor, such as turbine units, centrifugal compressors and turboexpanders, electric motors and electric generators.

Известны активные магнитные подшипники (АМП), получившие широкое применение в современных нагнетателях газоперекачивающих агрегатов, в комплект которых входит: радиальная опора, включающая в свой состав радиальный электромагнит, датчик (датчики) радиального положения ротора и страховочный подшипник; радиально - осевая опора, в состав которой включены элементы радиальной опоры, а также осевой электромагнит двухстороннего действия и датчик осевого положения ротора; шкаф управления с комплектом кабелей. [Сарычев А.П., Верещагин В.П. Электромагнитные подшипники для Газпрома // Электротехника. – М.: 1996. - №5. - С. 29-31].Active magnetic bearings (AMPs) are known, which are widely used in modern superchargers of gas-pumping units, which include: a radial bearing, which includes a radial electromagnet, a sensor (sensors) of the radial position of the rotor and a safety bearing; radial - axial support, which includes elements of the radial support, as well as a double-acting axial electromagnet and a rotor axial position sensor; control cabinet with a set of cables. [Sarychev A.P., Vereshchagin V.P. Electromagnetic bearings for Gazprom // Elektrotekhnika. - M.: 1996. - No. 5. - S. 29-31].

Устройство известных АМП нагнетателей ГПА также описано в патенте РФ на изобретение №2115835, опубл. 1998 г. и в патенте на изобретение №2251033, опубл.2005 г.The device of known AMP superchargers GPA is also described in the RF patent for the invention No. 2115835, publ. 1998 and in the patent for invention No. 2251033, publ. 2005

В известных АМП статор радиальных электромагнитов представляет собой многополюсный магнитопровод, в виде пакета электротехнической стали, на полюсах которого размещаются обмотки, а ротор представляет собой цилиндр, внешняя сторона которого выполнена в виде пакета электротехнической стали [Сарычев А.П. Разработка электромагнитных подшипников для серии компрессоров газоперекачивающих агрегатов // Труды НПП ВНИИЭМ. - М.: 2009. - Т. 110. - С. 3-10.].In known AMPs, the stator of radial electromagnets is a multi-pole magnetic circuit, in the form of a package of electrical steel, on the poles of which windings are placed, and the rotor is a cylinder, the outer side of which is made in the form of a package of electrical steel [Sarychev A.P. Development of electromagnetic bearings for a series of compressors for gas pumping units // Proceedings of NPP VNIIEM. - M.: 2009. - T. 110. - S. 3-10.].

Недостатками известных АМП является то, что конструкция радиальных опор предопределяет несовпадение в осевом направлении поверхностей, на которые действуют удерживающие силы, и поверхностей, по которым формируется датчиками положения сигнал отклонения ротора. Это несовпадение приводит, во-первых, к существенному ужесточению требований к точности изготовления и взаимной компоновки элементов конструкции ротора и статора радиальной опоры, а во-вторых, - к усложнению алгоритмов отладки контуров АМП.The disadvantages of the known AMPs is that the design of the radial bearings predetermines the mismatch in the axial direction of the surfaces on which the holding forces act, and the surfaces along which the rotor deflection signal is generated by the position sensors. This discrepancy leads, firstly, to a significant tightening of the requirements for the accuracy of manufacturing and mutual layout of the structural elements of the rotor and stator of the radial support, and secondly, to the complication of algorithms for debugging the AMB circuits.

Известны технические решения, позволяющие снизить потребную мощность выходных усилителей регуляторов тока АМП за счет введения обмоток начального подмагничивания в конструкцию электромагнитов [Журавлев Ю.Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. - СПб.: Политехника, 2003. - С. 60]. Вместе с тем, при определенных вариантах исполнения обмоток подмагничивания между обмотками подмагничивания и управления существует нежелательная сильная магнитная связь, которая взаимно связывает процессы изменения токов в обмотках при работе контуров стабилизации.Known technical solutions to reduce the required power of the output amplifiers of the AMP current regulators by introducing the initial bias windings in the design of electromagnets [Zhuravlev Yu.N. Active magnetic bearings: Theory, calculation, application. - St. Petersburg: Polytechnic, 2003. - S. 60]. At the same time, with certain versions of the bias windings, there is an undesirable strong magnetic connection between the bias and control windings, which interconnects the processes of changing currents in the windings during the operation of the stabilization circuits.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание простой компактной конструкции радиальной опоры для АМП различных машин с быстровращающимся ротором, в которой обеспечена минимальная магнитная связь между обмотками подмагничивания и управления.The problem to which the invention is directed is to create a simple compact design of a radial support for AMBs of various machines with a rapidly rotating rotor, in which a minimum magnetic coupling between the bias and control windings is provided.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в возможности применения радиальных электромагнитов специальной конструкции с пониженными требованиями к точности изготовления элементов опор и их взаимного расположения, снижении мощности выходных каскадов регуляторов тока радиальных каналов стабилизации АМП и возможности создания компактных электронных модулей, размещаемых в конструкции опор или в непосредственной близости к опорам.The technical result achieved by the invention consists in the possibility of using radial electromagnets of a special design with reduced requirements for the accuracy of manufacturing the elements of the supports and their relative position, reducing the power of the output stages of the current regulators of the radial channels for stabilizing the AMB and the possibility of creating compact electronic modules placed in the structure of the supports or in close proximity to the supports.

Технический результат достигается тем, что в радиальной опоре для активного магнитного подшипника, содержащей радиальный электромагнит и двухкоординатный емкостный датчик зазоров, статор радиального электромагнита выполнен в виде цилиндрического корпуса из магнитомягкого ферромагнитного материала, внутри которого установлены два статора регулирующих электромагнитов, содержащих магнитопроводы в виде пакетов электротехнической стали с четырьмя внутренними зубцами, на которых расположены четыре управляющих обмотки, и вкладыш, содержащий подмагничивающую обмотку и двухкоординатный емкостный датчик зазоров, установленный между статорами регулирующих электромагнитов, а ротор выполнен в виде втулки из магнитомягкого ферромагнитного материала, размещаемой на вращающемся валу, на концах которой размещены два ротора управляющих магнитов в виде цилиндрических пакетов из листов электротехнической стали, при этом двухкоординатный емкостный датчик зазоров выполнен в виде статора либо с четырьмя рядами токопроводящих электродов, причем два из них в виде колец являются токосъемными электродами, а два ряда в виде изолированных полуколец, ориентированных относительно двух радиальных осей, являются измерительными электродами, либо с тремя рядами токопроводящих электродов, причем два из них в виде колец являются токосъемными электродами, а третий ряд в виде четырех изолированных сегментов, ориентированных относительно двух радиальных осей, являются измерительными электродами.The technical result is achieved by the fact that in the radial support for an active magnetic bearing, containing a radial electromagnet and a two-coordinate capacitive gap sensor, the stator of the radial electromagnet is made in the form of a cylindrical housing made of magnetically soft ferromagnetic material, inside which two stators of control electromagnets are installed, containing magnetic circuits in the form of packages of electrical equipment. steel with four internal teeth, on which four control windings are located, and an insert containing a magnetizing winding and a two-coordinate capacitive gap sensor installed between the stators of the control electromagnets, and the rotor is made in the form of a sleeve made of magnetically soft ferromagnetic material placed on a rotating shaft, at the ends of which two rotors of control magnets are placed in the form of cylindrical packages of sheets of electrical steel, while the two-coordinate capacitive gap sensor is made in the form of a stator or with four rows or with three rows of conductive electrodes, two of them in the form of rings are current-collecting electrodes, and two rows in the form of isolated half-rings oriented relative to two radial axes are measuring electrodes, or with three rows of conductive electrodes, two of which are in the form of rings are current-collecting electrodes , and the third row in the form of four isolated segments oriented relative to two radial axes are the measuring electrodes.

Применение радиальных электромагнитов специальной конструкции, имеющих магнитопроводы для размещения обмоток подмагничивания и обмоток управления.The use of radial electromagnets of a special design, having magnetic circuits to accommodate bias windings and control windings.

Применение радиальных электромагнитов специальной конструкции, имеющих магнитопроводы для размещения обмоток подмагничивания и обмоток управления, обеспечивает минимальную магнитную связь между обмотками подмагничивания и управления.The use of radial electromagnets of a special design, having magnetic circuits for placing the bias and control windings, provides a minimum magnetic coupling between the bias and control windings.

Интегрированная конструкция радиальных электромагнитов с емкостными датчиками положения ротора дополнительно упрощает алгоритмы отладки контуров стабилизации АМП.The integrated design of radial electromagnets with capacitive rotor position sensors additionally simplifies the algorithms for debugging the AMB stabilization circuits.

Применение начального подмагничивания в электромагнитах АМП дополнительно уменьшает индуктивность управляющих обмоток электромагнитов, тем самым способствует повышению быстродействия контуров стабилизации АМП.The use of initial bias in the AMB electromagnets further reduces the inductance of the control windings of the electromagnets, thereby increasing the speed of the AMB stabilization circuits.

Создание компактных модулей управления АМП и размещением их непосредственно в конструкции опор (или в непосредственной близости), позволяет отказаться от использования шкафа управления, что дополнительно обеспечит снижение помех в цепях управления АМП, а также влияние помех от АМП на окружающее оборудование.The creation of compact AMB control modules and their placement directly in the support structure (or in close proximity) makes it possible to abandon the use of a control cabinet, which will additionally reduce interference in the AMB control circuits, as well as the effect of interference from the AMB on the surrounding equipment.

Применение двухкоординатного емкостного датчика зазоров, выполненного в виде статора, либо с четырьмя рядами токопроводящих электродов, в двух из которых электроды являются токосъемными и выполнены в виде колец, а двух других рядах электроды являются измерительными и представляют собой изолированные полукольца, ориентированные относительно двух радиальных осей, либо с тремя рядами токопроводящих электродов, в двух из которых электроды являются токосъемными и выполнены в виде колец, а электроды третьего ряда являются измерительными и выполнены в виде четырех изолированных сегментов, ориентированных относительно двух радиальных осей, обеспечивает минимальное влияние на точность измерения электромагнитных полей.The use of a two-coordinate capacitive gap sensor, made in the form of a stator, or with four rows of conductive electrodes, in two of which the electrodes are current-collecting and made in the form of rings, and in the other two rows the electrodes are measuring and are isolated half-rings oriented relative to two radial axes, or with three rows of conductive electrodes, in two of which the electrodes are current-collecting and made in the form of rings, and the electrodes of the third row are measuring and made in the form of four isolated segments oriented relative to two radial axes, provides a minimal impact on the accuracy of measuring electromagnetic fields.

Кроме того, целесообразность применения емкостного датчика зазоров мотивируется следующими преимуществами:In addition, the expediency of using a capacitive gap sensor is motivated by the following advantages:

- достаточно большие диаметры конструкции радиальной опоры позволяют формировать большие площади электродов емкостного датчика;- sufficiently large diameters of the radial support structure allow the formation of large areas of capacitive sensor electrodes;

- использование резонансных настроек контуров измерения зазоров позволяет получить высокую чувствительность датчика (включая микронные диапазоны измерений);- the use of resonant settings of the gap measurement circuits allows to obtain a high sensitivity of the sensor (including micron measurement ranges);

- в датчике обеспечивается малое влияние температурных факторов на точность измерения, поскольку чувствительными элементами датчика являются воздушные конденсаторы;- the sensor provides a small influence of temperature factors on the measurement accuracy, since the sensitive elements of the sensor are air capacitors;

- элементы конструкции датчика не требует высокой точности их изготовления, так как осуществляется измерение среднего зазора под измерительными электродами, охватывающими почти половину (или четверть) диаметра ротора под каждым из диаметрально расположенных электродов.- the design elements of the sensor do not require high precision of their manufacture, since the average gap is measured under the measuring electrodes, covering almost half (or a quarter) of the rotor diameter under each of the diametrically located electrodes.

Сущность изобретения поясняется графически, где:The essence of the invention is illustrated graphically, where:

- на фиг. 1 изображен эскиз конструкции радиальной опоры;- in Fig. 1 shows a sketch of the design of the radial support;

- на фиг. 2 представлен разрез А-А фиг. 1;- in Fig. 2 shows section A-A of FIG. one;

- на фиг. 3 представлен пример конструкции вкладыша с обмоткой подмагничивания и емкостным датчиком зазора;- in Fig. 3 shows an example of the design of an insert with a bias winding and a capacitive gap sensor;

- на фиг. 4 изображена функциональная схема системы стабилизации радиальнойопоры; Радиальная опора (фиг. 1) содержит статор и ротор. Ротор представляет собой втулку 2, выполненную из низкоуглеродистой стали (магнитомягкого ферромагнитного материала), размещаемой на вращающемся валу 1. На втулке 2 размещены два ротора 3, представляющих собой цилиндрические пакеты из листов электротехнической стали.- in Fig. 4 shows a functional diagram of the radial support stabilization system; The radial support (Fig. 1) contains a stator and a rotor. The rotor is a bushing 2 made of low-carbon steel (soft magnetic ferromagnetic material) placed on a rotating shaft 1. Two rotors 3 are placed on the bushing 2, which are cylindrical packages of sheets of electrical steel.

Корпус 4 статора выполнен в виде полого цилиндра из низкоуглеродистой стали (магнитомягкого ферромагнитного материала). Внутри корпуса 4 статора установлены два статора 5 регулирующих электромагнитов и вкладыш 6, содержащий подмагничивающую обмотку 7 и электроды 8 статора емкостного датчика 9 зазоров. Статор 5 регулирующих электромагнитов содержит магнитопровод, в виде пакета электротехнической стали с четырьмя внутренними зубцами, на которых расположены четыре управляющих обмотки 10.The stator housing 4 is made in the form of a hollow cylinder made of low-carbon steel (soft magnetic ferromagnetic material). Inside the stator housing 4, two stators 5 of control electromagnets and an insert 6 are installed, containing a magnetizing winding 7 and electrodes 8 of the stator of the capacitive gap sensor 9. The stator 5 of the control electromagnets contains a magnetic circuit in the form of a package of electrical steel with four internal teeth, on which four control windings 10 are located.

На фиг. 3 приведен пример конструктивного исполнения вкладыша 6 радиальной опоры с четырехрядным исполнением двухкоординатного емкостного датчика 9 зазора. На изолирующем каркасе вкладыша 6 расположена подмагничивающая обмотка 7. Внутри каркаса на изолирующих кольцах установлены четыре ряда токопроводящих электродов 8, причем электроды 8 в двух рядах выполнены в виде колец и являются токосъемными электродами, а электроды в двух других рядах выполнены в виде изолированных полуколец, ориентированных относительно двух радиальных осей, и являются измерительными электродами. Электроды 8 соединены проводами в виде жгута 11. Ротором емкостного датчика является втулка 2.In FIG. 3 shows an example of the design of the insert 6 of a radial support with a four-row version of a two-coordinate capacitive gap sensor 9. A magnetizing winding 7 is located on the insulating frame of the insert 6. Inside the frame, four rows of conductive electrodes 8 are installed on the insulating rings, and the electrodes 8 in two rows are made in the form of rings and are current-collecting electrodes, and the electrodes in the other two rows are made in the form of isolated semi-rings oriented about two radial axes, and are the measuring electrodes. The electrodes 8 are connected by wires in the form of a bundle 11. The rotor of the capacitive sensor is the sleeve 2.

Возможно трехрядное исполнение конструкции электродов емкостного датчика зазоров, в которой средний ряд содержит четыре электрически изолированных сегмента электродов 8, ориентированных по радиальным осям.A three-row design of the capacitive gap sensor electrodes is possible, in which the middle row contains four electrically insulated electrode segments 8 oriented along the radial axes.

Силы, удерживающие ротор в центральном положении, создаются за счет электромагнитного взаимодействия между зубцами статора 5 управляющих электромагнитов и их ротором 3 и определяются величиной индукции магнитного поля в зазорах между статором 5 и ротором 3. В предлагаемой радиальной опоре магнитное поле в зазорах управляющих электромагнитов формируется двумя контурами, - контуром подмагничивания (контур со стрелками темного цвета на фиг. 1) и контуром управляющих электромагнитов (контур со стрелками белого цвета на фиг. 1). Так, например, если в сечении управляющего электромагнита А-А (фиг. 2), дестабилизирующая сила действует вниз по вертикальной оси, то направление магнитного потока управляющих электромагнитов действует вверх, что приводит к увеличению магнитного потока (и магнитной индукции) в зазоре верхнего зубца статора 5 и уменьшению магнитного потока (и магнитной индукции) в зазоре нижнего зубца. В результате дестабилизирующая сила уравновешивается соответствующим изменением электромагнитных сил в зазорах между статором 5 и ротором 3 управляющих электромагнитов. Четырехполюсное исполнение статоров управляющих электромагнитов позволяет осуществлять стабилизацию ротора по двум взимоперпендикулярным осям (X и Y). Сигнал отклонения ротора формируется двухкоординатным емкостным датчиком 9 зазора.The forces that hold the rotor in the central position are created due to the electromagnetic interaction between the teeth of the stator 5 of the control electromagnets and their rotor 3 and are determined by the magnitude of the magnetic field induction in the gaps between the stator 5 and the rotor 3. In the proposed radial support, the magnetic field in the gaps of the control electromagnets is formed by two contours, - a bias circuit (a contour with dark arrows in Fig. 1) and a circuit of control electromagnets (a contour with white arrows in Fig. 1). So, for example, if in the section of the control electromagnet A-A (Fig. 2), the destabilizing force acts downward along the vertical axis, then the direction of the magnetic flux of the control electromagnets acts upward, which leads to an increase in the magnetic flux (and magnetic induction) in the gap of the upper tooth stator 5 and a decrease in the magnetic flux (and magnetic induction) in the gap of the lower tooth. As a result, the destabilizing force is balanced by a corresponding change in the electromagnetic forces in the gaps between the stator 5 and the rotor 3 of the control electromagnets. The four-pole design of the stators of the control electromagnets allows the stabilization of the rotor along two mutually perpendicular axes (X and Y). The rotor deflection signal is generated by a two-coordinate capacitive gap sensor 9.

Функциональная схема (фиг. 4) отражает состав и связи элементов системы стабилизации радиальной опоры.The functional diagram (Fig. 4) reflects the composition and connections of the elements of the radial support stabilization system.

Измерительные контуры каналов формирования сигналов по осям X и Y содержат воздушные емкости токосъемных и измерительных электродов емкостного датчика 9, катушки индуктивности 12, вторичные обмотки трансформатора 13 и сопротивления нагрузки 14, образующие дифференциальный мост. Первичная обмотка трансформатора 13 запитывается от задающего генератора 15. Настройка частоты задающего генератора 15 на резонанс измерительного контура позволяет получить высокую чувствительность каналов измерения зазоров вплоть до микронных диапазонов.The measuring circuits of the channels for generating signals along the X and Y axes contain air capacitances of the current-collecting and measuring electrodes of the capacitive sensor 9, inductors 12, secondary windings of the transformer 13 and load resistances 14, forming a differential bridge. The primary winding of the transformer 13 is powered by the master oscillator 15. Adjusting the frequency of the master oscillator 15 to the resonance of the measuring circuit makes it possible to obtain high sensitivity of the gap measurement channels up to micron ranges.

При отклонении ротора датчика 9 изменяются зазоры между электродами 8 и на сопротивлениях нагрузки 14 соответствующих каналов выделяются сигналы переменного напряжения, амплитуда которых пропорциональна величине отклонения ротора датчика 9 от центрального положения, а фаза напряжения соответствует направлению отклонения. Выделенные сигналы с соответствующих измерительных контуров поступают на входы фазочувствительных выпрямителей 16, затем сигналы поступают на фильтры динамической коррекции 17 и на усилители мощности 18, к которым подключены обмотки 10 управляющих электромагнитов 5.When the rotor of the sensor 9 deviates, the gaps between the electrodes 8 change and on the load resistances 14 of the corresponding channels, AC voltage signals are emitted, the amplitude of which is proportional to the deviation of the sensor rotor 9 from the central position, and the voltage phase corresponds to the direction of the deviation. The selected signals from the corresponding measuring circuits are fed to the inputs of the phase-sensitive rectifiers 16, then the signals are fed to the dynamic correction filters 17 and to the power amplifiers 18, to which the windings 10 of the control electromagnets 5 are connected.

Подмагничивающая обмотка 7 подключена к источнику постоянного тока 19.The bias winding 7 is connected to a DC source 19.

Радиальные каналы АМП работают следующим образом.Radial AMP channels work as follows.

При отклонении ротора по любой из радиальных осей, например, по оси +Х (фиг. 3) в двухкоординатном емкостном датчике воздушная емкость под верхним измерительным электродом увеличивается, а под нижним измерительным электродом уменьшается. Это приводит к появлению сигнала рассогласования в канале X стабилизации ротора, который после преобразований в фазочувствительном выпрямителе 16, фильтре динамической коррекции 17 и усилителе мощности 18 изменяет ток в обмотках 10 управляющих электромагнитов 5 так, чтобы результирующее усилие электромагнитной тяги приводило ротор в исходное положение.When the rotor deviates along any of the radial axes, for example, along the +X axis (Fig. 3) in a two-coordinate capacitive sensor, the air capacity under the upper measuring electrode increases, and under the lower measuring electrode decreases. This leads to the appearance of an error signal in the channel X of the stabilization of the rotor, which, after transformations in the phase-sensitive rectifier 16, the dynamic correction filter 17 and the power amplifier 18, changes the current in the windings 10 of the control electromagnets 5 so that the resulting force of the electromagnetic thrust brings the rotor to its original position.

Claims (3)

1. Радиальная опора для активного магнитного подшипника, содержащая радиальный электромагнит и двухкоординатный емкостный датчик зазоров, отличающийся тем, что статор радиального электромагнита выполнен в виде цилиндрического корпуса из магнитомягкого ферромагнитного материала, внутри которого установлены два статора регулирующих электромагнитов, содержащих магнитопроводы, выполненные из электротехнической стали в виде пакетов с четырьмя внутренними зубцами, на которых расположены четыре управляющих обмотки, и вкладыш, содержащий подмагничивающую обмотку и двухкоординатный емкостной датчик зазоров, установленный между статорами регулирующих электромагнитов, при этом ротор радиального электромагнита выполнен в виде втулки из магнитомягкого ферромагнитного материала, размещенной на вращающемся валу, на концах которой размещены два ротора управляющих магнитов, выполненных в виде цилиндрических пакетов из листов электротехнической стали.1. A radial support for an active magnetic bearing, containing a radial electromagnet and a two-coordinate capacitive gap sensor, characterized in that the stator of the radial electromagnet is made in the form of a cylindrical housing made of magnetically soft ferromagnetic material, inside which two stators of control electromagnets are installed, containing magnetic circuits made of electrical steel in the form of packages with four internal teeth, on which four control windings are located, and an insert containing a magnetizing winding and a two-coordinate capacitive gap sensor installed between the stators of the control electromagnets, while the rotor of the radial electromagnet is made in the form of a sleeve made of magnetically soft ferromagnetic material placed on a rotating shaft, at the ends of which there are two rotors of control magnets, made in the form of cylindrical packages of sheets of electrical steel. 2. Радиальная опора по п. 1, отличающаяся тем, что двухкоординатный емкостный датчик зазоров выполнен в виде статора с четырьмя рядами токопроводящих электродов, причем электроды в двух из них являются токосъемными электродами, выполненными в виде колец, а электроды в других двух рядах являются измерительными электродами, выполненными в виде изолированных полуколец, ориентированных относительно двух радиальных осей.2. The radial support according to claim 1, characterized in that the two-coordinate capacitive gap sensor is made in the form of a stator with four rows of conductive electrodes, and the electrodes in two of them are current-collecting electrodes made in the form of rings, and the electrodes in the other two rows are measuring electrodes made in the form of isolated semirings oriented relative to two radial axes. 3. Радиальная опора по п. 1, отличающаяся тем, что двухкоординатный емкостный датчик зазоров выполнен в виде статора с тремя рядами токопроводящих электродов, причем электроды в двух рядах являются токосъемными электродами, выполненными в виде колец, а электроды третьего ряда являются измерительными электродами, выполненными в виде четырех изолированных сегментов, ориентированных относительно двух радиальных осей.3. The radial support according to claim 1, characterized in that the two-coordinate capacitive gap sensor is made in the form of a stator with three rows of conductive electrodes, and the electrodes in two rows are current-collecting electrodes made in the form of rings, and the electrodes of the third row are measuring electrodes made in the form of four isolated segments oriented relative to two radial axes.
RU2021108638A 2021-03-30 2021-03-30 Radial electromagnetic support for active magnetic bearing RU2763352C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108638A RU2763352C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Radial electromagnetic support for active magnetic bearing

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108638A RU2763352C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Radial electromagnetic support for active magnetic bearing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2763352C1 true RU2763352C1 (en) 2021-12-28

Family

ID=80039805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021108638A RU2763352C1 (en) 2021-03-30 2021-03-30 Radial electromagnetic support for active magnetic bearing

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2763352C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4121143A (en) * 1975-12-24 1978-10-17 Societe Anonyme Dite: Societe Europeene De Propulsion Device for compensating synchronous disturbances in the magnetic suspension of a rotor
RU2251033C2 (en) * 2003-06-30 2005-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие НПП ВНИИЭМ Compressor magnetic support
RU2577437C1 (en) * 2014-11-14 2016-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Вега-ГАЗ" Support assembly of rotor magnetic suspension
RU2706854C1 (en) * 2016-07-19 2019-11-21 Сименс Акциенгезелльшафт Active magnetic bearing and active magnetic bearing cooling method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4121143A (en) * 1975-12-24 1978-10-17 Societe Anonyme Dite: Societe Europeene De Propulsion Device for compensating synchronous disturbances in the magnetic suspension of a rotor
RU2251033C2 (en) * 2003-06-30 2005-04-27 Федеральное государственное унитарное предприятие НПП ВНИИЭМ Compressor magnetic support
RU2577437C1 (en) * 2014-11-14 2016-03-20 Общество с ограниченной ответственностью "Вега-ГАЗ" Support assembly of rotor magnetic suspension
RU2706854C1 (en) * 2016-07-19 2019-11-21 Сименс Акциенгезелльшафт Active magnetic bearing and active magnetic bearing cooling method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6365996B2 (en) Radial active magnetic bearing apparatus and a method for operating the same
Chiba et al. Characteristics of a bearingless induction motor
US8796894B2 (en) Combination radial/axial electromagnetic actuator
US20170040868A1 (en) Homopolar, Flux-Biased Hysteresis Bearingless Motor
US4620752A (en) Magnetic bearing having triaxial position stabilization
US10088337B2 (en) Device for detecting the axial position of a rotor shaft and its application to a rotary machine
Khoo et al. Practical implementation of the bridge configured winding for producing controllable transverse forces in electrical machines
Noh et al. Homopolar bearingless slice motor with flux-biasing halbach arrays
KR860008639A (en) Permanent Magnet Variable Magnetoresistive Generator
Looser et al. An active magnetic damper concept for stabilization of gas bearings in high-speed permanent-magnet machines
Sugimoto et al. Principle and test results of energy-saving effect of a single-drive bearingless motor in cooling fan applications
Ichikawa et al. Inherently decoupled magnetic suspension in homopolar-type bearingless motors
Bortis et al. Analysis of rotary transformer concepts for high-speed applications
US6731107B2 (en) Star-connected sensor
Peng et al. Design and control of a novel bearingless SRM with double stator
RU2763352C1 (en) Radial electromagnetic support for active magnetic bearing
Looser et al. A hybrid bearing concept for high-speed applications employing aerodynamic gas-bearings and a self-sensing active magnetic damper
JP2835522B2 (en) Electromagnetic rotary machine with radial rotating body position control winding and radial rotating body position control device
Looser et al. Analysis and measurement of 3D torque and forces for permanent magnet motors with slotless windings
US5304876A (en) Electromagnetic bearing
US5394042A (en) Angular position homopolar reluctance sensor
Kluyskens et al. Experimental investigations on a heteropolar electrodynamic bearing-self-bearing motor
Jaatinen et al. Optimization of the rotor geometry of a high-speed interior permanent magnet bearingless motor with segmented magnets
Szoke et al. Homopolar bearingless slice motor with quadruple three-phase windings
Wu et al. Parameter design of six-pole hybrid magnetic bearing considering variable stiffness