ГИБРИДНЫЙ МАГНИТНЫЙ ПОДШИПНИК С КОМПЕНСАЦИЕЙ ОСЕВЫХ СИЛ

Полезная модель относится к области энергомашиностроения и может быть использована для обеспечения бесконтактного вращения ротора электрических машин.
Известен магнитный подшипник (патент РФ №2089761 С1, F16C 32/04, 10.09.1997), содержащий вал, ротор состоящий из двух колец из постоянного магнита, намагниченный в осевом направлении, статор, включающий полюсный элемент и две кольцевые катушки. В осевом зазоре между кольцами ротора установлен кольцевой диск из немагнитного материала с высокой электропроводностью.
Недостатками данного устройства является отсутствие экранирования постоянных магнитов и страховочных механических подшипников.
Известен упорный магнитный подшипник с подмагничиванием постоянным магнитным полем смещения (патент РФ №2138706 C1, F16C 32/04, F16C 39/06, 27.09.1999), содержащий вращающийся элемент (или вал) с ободом (или опорным участком) кольцевой формы, находящимся между парой зубцов подковообразного управляющего элемента. Постоянным магнитом создается магнитное поле, распространяющееся через нависающую консоль и порождающее силу притяжения между подмагниченными поверхностью консоли и верхней торцевой поверхностью вала. Эта смещающая сила притяжения поддерживает вал в равновесии так, что обод находится между поверхностями пары зубцов и равноудален от них. Внутри подковообразного управляющего элемента вокруг вала намотаны обмотки.
Недостатками данного устройства является отсутствие экранирования постоянных магнитов и страховочных механических подшипников.
Известна опора (патент РФ №2178243 С2, H05H 1/00, 10.01.2002), содержащая установленный в корпусе цилиндрический аксиально намагниченный магнит, размещенную на роторе соосно ферромагнитную втулку, расположенную напротив нижнего торца магнита, и кольцевую камеру с демпфирующей жидкостью. Камера снабжена внутри радиально подвижным кольцевым элементом, подвешенным на гибких нитях и состоящим из внутреннего ферромагнитного кольца и связанного с ним наружного немагнитного кольца.
Недостатками данного устройства является отсутствие экранирования постоянных магнитов и страховочных механических подшипников.
Известен радиальный подшипник на магнитной подвеске (патент РФ 2264565 C2, F16C 32/04, 20.11.2005), содержащий вал, корпус, кольцевые постоянные магниты, страховочные радиальные механические подшипники, торцевой подшипник, внешние экраны из диамагнетика, наружные и внутренние кольца кольцевых постоянных магнитов снабжены экранами для обеспечения одного работающего полюса. Кольцевой постоянный магнит внутреннего кольца расположен на оси с возможностью создания неэкранированным полюсом магнитного поля впереди себя в радиальном направлении, а кольцевой постоянный магнит наружного кольца - с возможностью создания неэкранированным полюсом магнитного поля, направленного навстречу полю кольцевого постоянного магнита внутреннего кольца.
Недостатками данного устройства являются повышенные массогабаритные показатели электрической машины, вызванные способом установки механических подшипников и ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием управления положением ротора электрической машины.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является гибридный магнитный подшипник (заявка на патент РФ №2013109897/11, F16C 32/04, 26.12.2013), содержащий вал, корпус, внешние и внутренние кольцевые постоянные магниты, страховочные механические подшипники выполненные в виде экранов, электромагнитную систему управления и датчики положения ротора.
Недостатками данного устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные отсутствием компенсации осевых сил гибридного магнитного подшипника.
Задача полезной модели - расширение функциональных возможностей, благодаря введению в гибридных магнитных подшипниках компенсации осевых сил.
Техническим результатом является минимизация затрат электрической энергии в системе управления гибридным магнитным подшипником.
Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в гибридном магнитном подшипнике, содержащем вал, корпус, внешний и внутренний кольцевые постоянные магниты, страховочные механические подшипники, выполненные в виде экранов, электромагнитную систему управления и датчики положения ротора, согласно полезной модели осевая длина внешнего постоянного магнита составляет половину осевой длины внутреннего постоянного магнита, при этом экраны выполнены из диамагнетика, причем осевая длина торцевых поверхностей внешнего экрана в два раза больше осевой длины торцевой поверхности внутренних экранов, при этом введена осевая система электромагнитного управления.
Существо полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен общий вид гибридного магнитного подшипника с компенсацией осевых сил. На фиг. 2 изображена зависимость осевых сил отталкивания от радиального смещения полученные экспериментальным путем.
Предложенное устройство содержит: (фиг. 1) вал 1, корпус 2, внешнюю втулку 3, установленную в корпусе 2, внутреннюю втулку 4, установленную на валу 1, внешний кольцевой постоянный магнит 5 составляющей половину осевой длины внутреннего постоянного магнита 6, причем внутренний и внешний постоянные магниты запрессованы в внутреннюю 4 и внешнюю 3 втулки соответственно, посредством стопорных колец 7, ферромагнитные накладки 8, установленные на валу 1, радиальную электромагнитную систему управления 9, расположенную в корпусе 2 параллельно торцевым поверхностям внешний втулки 3, осевую электромагнитную систему управления 10 расположенную параллельно торцевым поверхностям вала 1.
Гибридный магнитный подшипник с компенсацией осевых сил работает следующим образом: между внешним кольцевым постоянным магнитом 5 и внутренним кольцевым постоянным магнитом 6 возникают силы отталкивания, которые обеспечивают бесконтактное вращение вала 1. При осевом смещении вала 1 возрастают осевые силы отталкивания (фиг. 2), которые компенсируются благодаря тому, что осевая длина внешнего кольцевого постоянного магнита 5 в 2 раза меньше осевой длины внутреннего кольцевого постоянного магнита 6. Кроме того осевые силы компенсируются электромагнитной системой управления 10. При воздействии на вал 1 дестабилизирующими силами меньшими, чем силы отталкивания внешнего 5 и внутреннего 6 кольцевых постоянных магнитов, вал 1 смещается с оси инерции, при этом возникают колебания магнитного потока. При появлении смещения вала срабатывает радиальная система электромагнитного управления 9, которая создает силы притяжения, воздействующие на ферромагниные накладки 8, расположенные на валу 1.
При воздействии на вал 1 дестабилизирующими силами большими, чем силы отталкивания внешнего 5 и внутреннего 6 кольцевых постоянных магнитов, вал 1 смещается с оси инерции, при этом торцевая поверхность внутренний втулки 4 соприкасается с торцевой поверхностью внешней втулки 3. В этом случае торцевые поверхности втулок 3, 4 работают как подшипники скольжения.
Итак, заявляемая полезная модель позволяет расширить функциональные возможности, благодаря введению компенсации осевых сил В результате минимизируются затраты электрической энергии в системе управления гибридным магнитным подшипником.