ГИБРИДНЫЙ МАГНИТНЫЙ ПОДШИПНИК

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 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 С1, 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 №2178243С2, Н05Н 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.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является радиальный подшипник на магнитной подвеске (патент РФ 2264565 С2, 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.
Задача полезной модели - снижение массогабаритных показателей, благодаря объединению страховочных подшипников и экранов, и расширение функциональных возможностей, благодаря введению управления положением ротора в радиальном и осевом направлении.
Техническим результатом является минимизация последствий от отказа в магнитном подшипнике постоянных магнитов и системы управления и повышение жесткости магнитного подшипника.
Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в гибридном магнитном подшипнике, содержащем вал, корпус, внешние и внутренние кольцевые постоянные магниты, страховочные механические подшипники, экраны из диамагнетика, согласно полезной модели, экраны выполнены в виде внешней и внутренней втулок со стопорными кольцами, в которых соответственно установлены внешние и внутренние кольцевые постоянные магниты, причем внешние и внутренне втулки выполнены из материала повышенной твердости с низким коэффициентом трения и имеют торцевые поверхности с одной стороны и торцевые поверхности, образованные стопорными кольцами, с другой, воздушный зазор между которыми при концентричном расположении меньше на 15-20%, чем зазор между кольцевыми постоянными магнитами, при этом на валу установлены ферромагнитные накладки, а электромагнитная система управления и датчики положения ротора установлены в корпусе.
Существо полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 изображен общий вид гибридного магнитного подшипника. На фиг.2 изображен гибридный магнитный подшипник при отказе постоянных магнитов и электромагнитной системы управления.
Предложенное устройство содержит: (фиг.1) вал 1, корпус 2, внешнюю втулку 3, установленную в корпусе 2, внутреннюю втулку 4, установленную на валу 1, внешние кольцевые постоянные магниты 5 запрессованные в внешнюю втулку 3, посредством стопорного кольца 6 внутренние кольцевые постоянные магниты 7, запрессованные в внутреннюю втулку 4, посредством стопорного кольца 8, ферромагнитные накладки 9, установленные на валу 1, электромагнитную систему управления 10, расположенную в корпусе 1 параллельно торцевым поверхностям внешний втулки 3.
Гибридный магнитный подшипник работает следующим образом:
между внешними кольцевыми постоянными магнитами 5 и внутренними кольцевыми постоянными магнитами 7 возникают силы отталкивания, которые обеспечивают бесконтактное вращение вала 1. При воздействии на вал 1 дестабилизирующими силами меньшими, чем сипы отталкивания внешних 5 и внутренних 7 кольцевых постоянных магнитов, вал 1 смещается с оси инерции, при этом возникают колебания магнитного потока. При появлении смещения вала срабатывает система электромагнитного управления, которая создает силы притяжения, воздействующие на ферромагниные накладки 9, расположенные на валу 1.
При воздействии на вал 1 дестабилизирующими силами большими, чем силы отталкивания внешних 5 и внутренних 7 кольцевых постоянных магнитов, вал 1 смещается с оси инерции, при этом торцевая поверхность внутренний втулки 4 и стопорного кольца 8 соприкасается с торцевой поверхностью внешней втулки 3 и стопорного кольца 6. В этом случае торцевые поверхности втулок 3, 4 и стопорных колец 6, 8 работают как подшипники скольжения.
Итак, заявляемая полезная модель позволяет снизить массогабаритные показатели и расширить функциональные возможности гибридного магнитного подшипника. В результате повышается жесткость гибридного магнитного подшипника, и минимизируются последствия аварийных ситуаций.