Магнитная опора для стабилизации положения вала

Чертежи

Описание

Изобретение относится к опорам для стабилизации положения вала.

Целью изобретения является улучше- ние эксплуатационных характеристик и упрощение конструкции,

На фиг, 1 представлена магнитная опора для вращающегося вала; на фиг. 2 - пример использования предлагаемой магнитной опоры в системе опор с пассивной постоянно магнитной радиальной опорой.

Магнитная опора содержит вал 1 и корпус 2, в котором расположены электрические катушки 3 и 4. С электрическими катушками 3 и 4 соединена система датчиков 5 положения вала 1 с регулятором 6, На валу 1 вдоль его оси смонтированы упорные диски 7 и 8, расположенные по отношению друг к другу с зазором 9. По цилиндрическим поверхностям упорных дисков 7 и 8 размещены постоянные магниты 10 и 11 с осевой намагниченностью. В зазоре 9 между постоянными магнитами 10 и 11 и в корпусе 2 между электрическими катушками 3 и 4 смонтирована пластина 12 из ненамагничиваемого материала с высокой электропроводимостью, охватывающая вал 1 с зазором. Периферийная часть 13 пластины у корпуса выполнена утолщенной.

Корпус 2 может быть выполнен в виде цилиндрической втулки из материала с высокой магнитной проводимостью с загнутыми внутрь бортами 14 и 15, параллельными валу 1.

Магнитные поля, возникающие при протекании тока, кольцевыми электрическими катушками 3 и 4 создают при противоположно направленном прохождении тока в катушках осевое усилие, которое в зависимости от направления тока в катушках воздействует в одном или в другом направлении аксиально на вал 1 и упорные диски 7 и 8,

Система датчиков 5 выдает электрические сигналы, пропорциональные отклонениям вала от его заданного осевого положения. Сигналы системы датчиков 5 усиливаются регулятором 6 и определяют направление и силу тока в катушках 3 и 4. Вызываемое благодаря этому с помощью катушек осевое усилие на упорные диски протйводейстfO

5

20

25

Между рабочими поверхностями 16 и 17 полюсов постоянных магнитов 10 и 11 создается интенсивньш магнитный поток. Выходящий из поверхностей 16 и 17 полюсов магнитный поток пронизывает в направлении 18 потока входящую внутрь зазора 9 пластину 12 так, что йри радиальном движении вала 1 в пластине 12 наводится напряжение. Тем самым, находящаяся внутри зазора 9, часть пластины 12 представляет источник напряжения, причем величина наведенного напряжения пропорциональна радиальной скорости движения подвижной части опоры.

Выходящая из зазора 9 часть пластины 12 не пронизывается магнитным потоком. В этом свободном от магнитного поля пространстве не наводится никакого электрического напряжения. С помошью этой внешней части пластины 12 замыкается накоротко источник напряжения, созданньш в зоне пласти- .ны, находящейся внутри зазора. Связанные с протекающим при этом током короткого замыкания потери энергии получаются из энергии движения вращающегося тела и уменьшают ее, причем пластина 12 нагревается. Чтобы создать во внешней зоне пластины 12 в свободном от магнитного поля пространстве , возможно малое электрическое сопротивление. Периферийная часть 13 пластины 12 имеет вне зазо- 35 ра 9 утолщение. Благодаря этому утолщению могут быть достигнуты в пластине 12 значительные токи короткого замыкания , ведущие при одинаковом по величине наведенном напряжении к существенно большей мощности демпфирования по сравнению с неутолщенными пластинами.

Расположение кольцевых постоянных магнитов 10 и 11 в последовательном соединении ведет к оптимальному КПД для катушек 3 и 4, которые корректируют отклонения Bajgta, Магнитный момент высококоэрцитивного постоянно магнитного материала таков, что ему не причиняется вреда ни магнитными полями катушек 3, 4, ни магнитным полем , проникающим извне элемента опоры .

Корпус 2 из материала с высокой

30

40

45

50

вует осевому отклонению вала 1 из за- магнитной проводимостью образует маг- данного положения, измеряемому систе- . нитный экран элемента опоры, которьй, мой датчиков 5. При достижении задан- с одной стороны, защищает от внешних ного положения ток больше не течет. возмущающих магнитный полей, и, с

5

0

5

Между рабочими поверхностями 16 и 17 полюсов постоянных магнитов 10 и 11 создается интенсивньш магнитный поток. Выходящий из поверхностей 16 и 17 полюсов магнитный поток пронизывает в направлении 18 потока входящую внутрь зазора 9 пластину 12 так, что йри радиальном движении вала 1 в пластине 12 наводится напряжение. Тем самым, находящаяся внутри зазора 9, часть пластины 12 представляет источник напряжения, причем величина наведенного напряжения пропорциональна радиальной скорости движения подвижной части опоры.

Выходящая из зазора 9 часть пластины 12 не пронизывается магнитным потоком. В этом свободном от магнитного поля пространстве не наводится никакого электрического напряжения. С помошью этой внешней части пластины 12 замыкается накоротко источник напряжения, созданньш в зоне пласти- .ны, находящейся внутри зазора. Связанные с протекающим при этом током короткого замыкания потери энергии получаются из энергии движения вращающегося тела и уменьшают ее, причем пластина 12 нагревается. Чтобы создать во внешней зоне пластины 12 в свободном от магнитного поля пространстве , возможно малое электрическое сопротивление. Периферийная часть 13 пластины 12 имеет вне зазо- 5 ра 9 утолщение. Благодаря этому утолщению могут быть достигнуты в пластине 12 значительные токи короткого замыкания , ведущие при одинаковом по величине наведенном напряжении к существенно большей мощности демпфирования по сравнению с неутолщенными пластинами.

Расположение кольцевых постоянных магнитов 10 и 11 в последовательном соединении ведет к оптимальному КПД для катушек 3 и 4, которые корректируют отклонения Bajgta, Магнитный момент высококоэрцитивного постоянно магнитного материала таков, что ему не причиняется вреда ни магнитными полями катушек 3, 4, ни магнитным полем , проникающим извне элемента опоры .

Корпус 2 из материала с высокой

0

45

50

другой стороны, также предотвращает возмущающее магнитное влияние на соседние устройства в окружении магнитной опоры, возникающее из-за сильного магнитного поля самой магнитной опоры.

Специальное применение магнитной опоры (фиг, 2) показывает пассивную постоянно магнитную опорную систему для маховика 19 с двумя пассивными постоянно магнитными радиальными опорами 20 и 21, имеющими известным образом постоянные магниты 22 и 23 с радиально отталкивающим (радиальная

10

цевых бортов 4 и 15 опоры, которые выполняются преимущественно из железа .

Радиальное демпфирование создается с помощью пластины 12 и ненамагничиваемого материала с хорошей электропроводимостью , преимущественно из меди, стационарно установленной между постоянными магнитами 10 и И опоры . При радиальных движениях вала опоры в участках пластины 12, пронизываемых магнитным потоком, наводятся электрические напряжения,

Таким образом, магнитная опора

опора 20) или с аксиально притягиваю- -5 обеспечивает бесконтактные противощим (радиальная опора 21) действием. В примере исполнения постоянные магниты 22 расположены стационарно, постоянные магниты 23 образуют с валом 1 и маховиком 19 в качестве роторной 20 системы движущуюся часть опоры. Такая система магнитных опор для роторной системы имеет в своем нейтральном положении, т,е, тогда, когда поддействующие или центрирующие усилия и демпфирующие усилия в трех независимых друг от друга направлениях оси (одно осевое, два радиальных).

Формула изобретения

1, Магнитная опора для стабилизации положения вала, содержащая вал

вижные постоянные магниты 23 занима- и корпус, в котором расположены злекют в направлении оси вала 1 симметричную позицию относительно стационарных постоянных магнитов 22, значительную осевую нестабильность, которая выводит роторную систему в одну или другую сторону из нейтрального положения. Эта нестабильность устраняется магнитной опорой 24, которая управляется системой датчика 5 позиций с регулятором 6 таким же образом, 35 ДРУГ к другу упорными дисками, по как и описываемая (фиг. 1),

Магнитная опора содержит единственный , торроидально замкнутый постоянно магнитный контур. Прохождение потока (фиг, l) отмечено замкнутыми линиями, обозначающими направление 18 потока.

Регулятор обеспечивает получение демпфирующих усилий, которые противодействуют независимо от соответст- 45 вующих осевых позиций всем осевым движениям, в особенности осевым колебаниям упорных дисков опоры.

Радиальное центрирование упорных

дисков по отношению к бортам 14и1550 чающая опоры обеспечивается близким противо- состоянием одинаковых по форме поверхностей полюсов постоянных магни- тов 10 и 11 и намагничиваемых кольцилиндрическим поверхностям которы размещены постоянные магниты с осе вой намагниченностью, а таюке смон тированной в корпусе между электри ческими катушками, размещенной в зазоре между постоянными магнитами и охватывающей вал с зазором пласт ной из ненамагничиваемого материал с высокой электропроводимостью,

2.Опора поп, 1, отличающая с я тем, что периферийная часть пластины у корпуса выполнена утолщенной,

3,Опора попп, 1и2, отли

с я тем, что корпус вы полнен в виде цилиндрической втулки из материала с высокой магнитной проницаемостью с загнутыми внутрь бортами, параллельными валу.

цевых бортов 4 и 15 опоры, которые выполняются преимущественно из железа .

Радиальное демпфирование создается с помощью пластины 12 и ненамагничиваемого материала с хорошей электропроводимостью , преимущественно из меди, стационарно установленной между постоянными магнитами 10 и И опоры . При радиальных движениях вала опоры в участках пластины 12, пронизываемых магнитным потоком, наводятся электрические напряжения,

Таким образом, магнитная опора

обеспечивает бесконтактные противодействующие или центрирующие усилия и демпфирующие усилия в трех независимых друг от друга направлениях оси (одно осевое, два радиальных).

Формула изобретения

1, Магнитная опора для стабилизации положения вала, содержащая вал

и корпус, в котором расположены злектрические катушки, а также соединенную с ними систему датчиков положения вала, регулятор и постоянные магниты , отличающаяся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик и упрощения конструкции , она снабжена по меньшей мере двумя смонтированными на валу вдоль его оси с зазором по отношению

ДРУГ к другу упорными дисками, по

чающая

цилиндрическим поверхностям которых размещены постоянные магниты с осевой намагниченностью, а таюке смонтированной в корпусе между электрическими катушками, размещенной в зазоре между постоянными магнитами и охватывающей вал с зазором пластиной из ненамагничиваемого материала с высокой электропроводимостью,

2.Опора поп, 1, отличающая с я тем, что периферийная часть пластины у корпуса выполнена утолщенной,

3,Опора попп, 1и2, отлис я тем, что корпус выполнен в виде цилиндрической втулки из материала с высокой магнитной проницаемостью с загнутыми внутрь бортами, параллельными валу.