ГОМОПОЛЯРНЫЙ АКТИВНЫЙ МАГНИТНЫЙ ПОДШИПНИК

Полезная модель относится к области электромеханики и может быть использована в качестве подвеса ротора высокоскоростных электрических машин.
Известен гомополярный магнитный подшипник с электромагнитным смещением [патент US 5767597 A, F16C 32/0463, дата 26.07.1996], содержащий вал, четыре U-образных полюсных наконечника с высокой магнитной проницаемостью, образующих статор активного магнитного подшипника, на каждой из которых размещены управляющие катушки, одну катушку смещения, расположенную в аксиальном направлении и соосную с вращающимся валом и закрепленную на U-образных полюсных наконечниках.
Недостатками аналога являются значительные массогабаритные показатели и невысокая энергоэффективность, вызванные применением электромагнитов для создания потока смещения и постоянными потерями от токов смещения для поддержания равновесия.
Известен гомополярный магнитный подшипник с постоянным магнитом и встроенным датчиком скорости вращения [патент US 9559565 В2, кл. H02K 7/09, дата 22.08.2013], который включает в себя вал, шихтованный магнитопровод, размещенный на валу и расположенный под электромагнитной частью активного магнитного подшипника, статор, состоящий из четырех полюсов и четырех управляющих катушек, полюсный наконечник, выполненный в виде дискового кольца и соосный статору, постоянный магнит смещения, расположенный между статором и полюсным наконечником.
Недостатками аналога являются невысокая энергоэффективность обусловленная наведением в постоянных магнитах вихревых токов, большие аксиальные габариты магнитного кольца, которое необходимо для создания основного магнитного потока смещения, насыщение магнитопровода статора и полюсного наконечника из-за плотного прилегания постоянного магнита, что также ведет увеличению габаритов и нелинейности в управлении.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является гомополярный активный магнитный подшипник с созданием электромагнитных сил в больших воздушных зазорах [патент US 20110101905 А1, кл. H02K 7/09, дата 02.11.2009], содержащий статор с четным числом радиальных полюсов на каждом из которых расположена управляющая обмотка, полюсный наконечник, выполненный в виде дискового кольца и соединенный со статором, постоянный магнит смещения, расположенный между статором и полюсным наконечником, ферромагнитный ротор, постоянные магниты смещения осевого и радиального намагничивания, расположенные на ферромагнитном роторе, кольцевые магнитопроводы, охватывающие постоянные магниты.
Недостатками ближайшего аналога являются сложность технологической сборки ротора под электромагнитной частью активного магнитного подшипника и невозможность установки бандажа. Также к недостаткам следует отнести сложность регулирования положением ферромагнитного ротора вследствие низкой магнитной проницаемости постоянных магнитов и высокие значения токов в обмотках управления при регулировании, что в целом снижает эффективность.
Задача полезной модели - обеспечение высоких значений магнитных сил в гомополярном активном магнитном подшипнике, благодаря уменьшению немагнитного зазора между радиальными полюсами статора и ферромагнитным ротором, с сохранением возможности установки бандажа.
Техническим результатом является повышение эффективности регулирования положением ферромагнитного ротора обмотками управления за счет уменьшения немагнитного зазора между радиальными полюсами статора и ферромагнитным ротором.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что гомополярный активный магнитный подшипник, состоящий из статора с четным числом радиальных полюсов на каждом из которых расположены обмотки управления, полюсного наконечника, выполненного в виде дискового кольца и соединенного со статором, ферромагнитного ротора с постоянными магнитами смещения, согласно полезной модели постоянные магниты смещения выполнены дисковыми, намагниченными в осевом направлении и расположены на торцевой поверхности ферромагнитного ротора, выполненного ступенчатым с бандажной оболочкой, охватывающей дисковые постоянные магниты смещения и часть ступенчатого ферромагнитного ротора с возможностью обеспечения минимального немагнитного зазора между радиальными полюсами статора и ступенчатым ферромагнитным ротором.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фигуре 1 изображен гомополярный активный магнитный подшипник.
На фигуре 2 - продольный разрез А-А гомополярного активного магнитного подшипника.
Гомополярный активный магнитный подшипник содержит (фиг. 1) статор 1 с четным числом радиальных полюсов 2 на каждом из которых расположены обмотки управления 3, полюсный наконечник 4 (фиг. 2), выполненный в виде дискового кольца и соединенный со статором 1, ступенчатый ферромагнитный ротор 5, дисковые постоянные магниты смещения 6, намагниченные в осевом направлении и расположенные на торцевой поверхностью ступенчатого ферромагнитного ротора 5, бандажную оболочку 7, охватывающую дисковые постоянные магниты смещения 6 и часть ступенчатого ферромагнитного ротора 5.
Гомополярный активный магнитный подшипник работает следующим образом. Вращение ступенчатого ферромагнитного ротора 5 с дисковыми постоянными магнитами смещения 6, намагниченными в осевом направлении и расположенными на торцевой поверхности ферромагнитного ротора 5, обеспечивается высокоскоростной электрической машиной (на фиг. не показана). Общий магнитный поток, создающий магнитные силы, складывается из потока смещения от дисковых постоянных магнитов смещения 6 и управляющего потока от обмоток управления 3. Ступенчатый ферромагнитный ротор 5 находится под действием левитации и коаксиален оси Z благодаря магнитным силам от потоков смещения. При смещении ступенчатого ферромагнитного ротора 5 по одной из осей (X или Y), вследствие динамических возмущений, системой управления (на фиг. не показана) гомополярного активного магнитного подшипника подается пропорциональный ток управления на противоположно расположенные обмотки управления 3, вследствие чего возрастают силы магнитного притяжения и отталкивания между ступенчатым ферромагнитным ротором 5 и противоположно расположенными радиальными полюсами 2 статора 1, при этом развиваемые силы являются довольно большими благодаря уменьшенному немагнитному зазору между радиальными полюсами 2 статора 1 и ступенчатым ферромагнитным ротором 5. При возвращении ступенчатого ферромагнитного ротора 5 в центральное положение система управления отключает ток в обмотках управления 3.
Итак, достигается возможность обеспечения высоких значений магнитных сил в гомополярном активном магнитном подшипнике, благодаря ступенчатой конструкции ферромагнитного ротора из-за которой немагнитный зазор между радиальными полюсами статора и ступенчатым ферромагнитным ротором конструкционно уменьшается, при этом сохраняется возможность установки бандажа. Кроме того, упрощается технологическая сборка ферромагнитного ротора, улучшается регулирование положением ферромагнитного ротора и снижаются токи в обмотках управления.
В результате повышается эффективность регулирования положением ферромагнитного ротора управляющими обмотками за счет уменьшения немагнитного зазора между радиальными полюсами статора и ферромагнитным ротором.