УСТРОЙСТВО АРРЕТИРОВАНИЯ РОТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ-МАХОВИКА В МАГНИТНОМ ПОДВЕСЕ
MOTOR-FLYWHEEL ROTOR ARRESTER IN MAGNETIC SUSPENSION

Изобретение относится к устройствам, осуществляющим арретирование ротора электродвигателя-маховика в магнитном подвесе, и может быть использовано в космической технике.
Известно устройство арретирования (Patent US 4345485 G01C 19/24 «Temporary locking device for inertia wheel»), содержащее конические страховочные подшипники, расположенные на роторе, две опоры с ответными коническими посадочными поверхностями, одна из опор жестко закреплена в корпусе, а вторая является подвижной, клиновой механизм, связанный с подвижной опорой. Клиновой механизм состоит из клина, установленного на стержне и расположенного в отверстии в подвижной опоре, двух пружин, с различными коэффициентами жесткости, пиротехнического устройства.
Известно устройство арретирования (Patent US 4566740 F16C 39/00 «Kinetic wheel arrangement incorporating magnetic suspension provided with means for caging its rotor»), содержащее винтовой механизм, состоящий из стержня, закрепленного на статоре, и гайки, установленной на подвижном элементе, пружину, расположенную между подвижным элементом и статором, нож, предназначенный для разрезания стержня винтового механизма.
Недостатком таких устройств является невозможность повторного арретирования ротора электродвигателя-маховика.
Известно устройство арретирования (Patent US 5419212 G01C 19/26 «Touchdown and launch-lock apparatus for magnetically suspended control moment gyroscope»), выбранное в качестве прототипа, содержащее две конические опоры, одна из которых неподвижно установлена в корпусе, а вторая размещена на подвижном элементе, приводной двигатель арретирующего устройства, на валу которого установлен планетарный редуктор, при вращении которого происходит осевое перемещение подвижной опоры и арретирование ротора силового гироскопа.
Недостатком такого устройства является невозможность арретирования ротора электродвигателя-маховика при отсутствии напряжения питания приводного двигателя арретирующего устройства.
Достигаемым техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность арретирования вращающегося ротора электродвигателя-маховика в режиме снятого электропитания с магнитного подвеса и приводного двигателя арретирующего устройства.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в предлагаемом устройстве арретирования кольцевой ограничитель радиальных и угловых перемещений вала ротора при контактном взаимодействии с валом вращающегося ротора электродвигателя-маховика в режиме снятого электропитания с магнитного подвеса и приводного двигателя арретирующего устройства перемещает подвижную опору в окружном и осевом направлениях до жесткого контакта вала подвижной опоры с валом ротора электродвигателя-маховика и валом второй опоры и последующего совместного вращения ротора и валов обоих опор.
Предлагаемое устройство арретирования позволяет, по сравнению с прототипом, осуществить арретирование вращающегося ротора электродвигателя-маховика в режиме снятого электропитания с магнитного подвеса и приводного двигателя арретирующего устройства за счет осевого и окружного перемещения подвижной опоры при контактном взаимодействии вращающегося вала ротора электродвигателя-маховика и кольцевого ограничителя радиальных и угловых перемещений вала ротора, установленного на подвижной опоре.
На фиг. 1 изображено меридиональное сечение двигателя-маховика в магнитном подвесе ротора с опорами.
На фиг. 2 изображена конструкция подвижной втулки.
На фиг. 3 изображена конструкция магнитных фиксаторов.
Электродвигатель-маховик содержит ротор 1 (фиг. 1), бесконтактно подвешенный в магнитных опорах (условно не показаны) в корпусе 2, и устройство арретирования, состоящее из опор А и Б, расположенных со сторон концов вала ротора 1 соответственно, по меньшей мере одна из которых является подвижной вокруг оси OZ и вдоль оси OZ. На фиг. 1 подвижной является опора А.
Подвижная опора А состоит из приводного двигателя, который содержит статор 3, установленный в корпусе 4, и ротор 5, закрепленный на подвижной втулке 6. Втулка 6 имеет два одинаковых диаметрально расположенных паза (фиг. 2), в которые входят стержни 7, жестко соединенные с корпусом 4. Каждый паз состоит из двух частей, симметрично расположенных относительно плоскости XOZ и имеющих один и тот же угол наклона α к плоскости XOZ. Во втулке 6 установлены спаренные радиально-упорные шарикоподшипники 8, внутренние кольца которых размещены на валу 9. Конец вала 9, обращенный к конусообразному концу вала ротора 1, является конусообразным. На втулке 6 в плоскости ΧΟΖ диаметрально размещены два постоянных магнита 10-1 и 10-2. Втулка 6 также содержит кольцевой ограничитель радиальных и угловых перемещений вала ротора 11, представляющий собой подшипник скольжения. На корпусе 4 установлены три пары диаметрально расположенных магнитов (фиг. 3): одна пара 12-1 и 12-2 расположена в плоскости XOZ, а две другие 13-1 и 13-2, 14-1 и 14-2 расположены симметрично относительно плоскости XOZ на углах β.
Неподвижная опора Б (фиг. 1) состоит из кольцевого ограничителя радиальных и угловых перемещений вала ротора 15, установленного в корпусе 2; пары радиально-упорных шарикоподшипников 16, наружные кольца которых установлены в корпусе 2, а внутренние на валу 17. Конец вала 17, обращенный к коническому концу вала ротора 1, является коническим.
Устройство арретирования функционирует следующим образом. При функционирующем магнитном подвесе и вращающемся роторе электродвигателя-маховика между конусными частями вала ротора и валами 9 и 17 имеются зазоры Δ, позволяющие ротору бесконтактно вращаться в магнитных опорах, при этом стержни 7 находятся в пазах втулки 6 в плоскости XOZ. Напряжение питания с приводного двигателя снято. Положение втулки 6 фиксируют постоянные магниты 10-1 и 12-1, 10-2 и 12-2.
При нештатном снятии напряжения питания с магнитных опор при вращающемся роторе и одновременном нештатном отсутствии напряжения питания на приводном двигателе ротор под действием любых внешних сил будет поворачиваться вокруг осей ОХ или OY и вращающийся вал ротора войдет в соприкосновение с одним или двумя кольцевыми ограничителями радиальных и угловых перемещений вала ротора 11 и 15 и вызовет поворот втулки 6 вокруг оси OZ на угол β (фиг. 3) и за счет неподвижных стержней 7 втулка переместится по оси OZ на величину δ (фиг. 2) и вал 9 конусной частью войдет в жесткий контакт с конусной частью вала ротора 1, а другой конец вала ротора 1, в свою очередь, войдет в контакт с валом 17 неподвижной опоры Б. Ротор 1 совместно с валами 9 и 14 будет вращаться в подшипниковых опорах до момента прекращения вращения. После прекращения вращения ротор остается заарретированным валами подвижной А и неподвижной Б опор. Крайнее положение втулки 6 с магнитами 10-1, 10-2 фиксирует пара магнитов 13-1, 13-2 или 14-1, 14-2, расположенных на угле β от плоскости XOZ. Устройство арретирования удерживает ротор в заарретированном положении при внешних механических нагрузках.
Разарретирование производится следующим образом. При подаче напряжения питания на приводной двигатель ротор 5 двигателя, вращаясь вокруг оси OZ, поворачивает втулку 6 на угол β, которая за счет неподвижных стержней 7 перемещается по оси OZ на величину δ, освобождая ротор 1 и создавая зазоры Δ между валом ротора и валами 9 и 17.
В крайнем положении после поворота на угол β втулка 6 с магнитами 10-1 и 10-2 фиксируется парой магнитов 12-1 и 12-2.
Наличие двух частей в каждом пазу, наклоненных под углом α к плоскости XOZ, позволяет проводить арретирование и разарретирование при вращении ротора двигателя-маховика в прямом и обратном направлениях.