МАГНИТНЫЙ ПОДШИПНИК
MAGNETIC BEARING

Изобретение относится к машиностроению, а именно к бесконтактным опорным узлам с электромагнитными подшипниками, и может быть использовано при создании высокооборотных роторных агрегатов.
Известна магнитная опора, использующая отталкивающие магнитные силы по патенту US 2005047430 (заявка WO 2006074070) в котором ротор и статор имеют взаимодействующие конические элементы, выполненные таким образом, чтобы иметь зазор между ними со значительным углом наклона к главной оси опоры.
Наиболее близким к предлагаемому является магнитный радиальный подшипник для поддержки с возможностью вращения ротора по патенту ЕР 2012072960 (заявка WO 2013087360), содержащий статор, с множеством катушек, причем катушки расположены по окружности вокруг оси радиального подшипника, каждая из катушек имеет сердечник, состоящий из листов, и на каждом сердечнике имеется обмотка, причем отдельные листы сердечника уложены в направлении по окружности, и обмотки формируют аксиальную организацию магнитного потока. Таких катушек может иметься четыре попарно противопоставленных. Каждый сердечник выполнен дугообразно в продольном направлении и имеет U-образное поперечное сечение, а обмотки намотаны вокруг средней (соединяющей) части в направлении, перпендикулярном к оси радиального подшипника. По обе стороны от катушки на сердечнике установлены направляющие. Система катушек установлена в двух кольцевых корпусах.
Недостатком указанного устройства является сложность в изготовлении сердцевин катушек, а также низкие значения воспринимаемой осевой нагрузки.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является использование цельного сердечника катушек и повышение величины воспринимаемой осевой нагрузки.
Техническая задача решается применением колец, соединенных цельными стержнями с установленными на них катушками. Внутренние отверстия колец могут быть выполнены цилиндрическими или коническими, причем в последнем случае шейки ротора, взаимодействующие с кольцами, также выполнены коническими.
Изобретение поясняется следующими фигурами.
На фиг. 1, 2 изображен магнитный подшипник с тремя катушками в группе и цилиндрическим отверстием.
На фиг. 3, 4 изображен магнитный подшипник с двумя катушками в группе и цилиндрическим отверстием.
На фиг. 5, 6 изображен магнитный подшипник с двумя катушками в группе и коническим отверстием.
На фиг. 7 изображена магнитная опора цилиндрического вала.
На фиг. 8, 9 изображена магнитная опора валов с коническими участками.
На фиг. 10 изображена магнитная левитация вала в магнитных полях.
Согласно фиг. 1, 2, 3, 4 магнитный подшипник состоит из двух колец 1, соединенных между собой сплошными стержнями 2, с установленными на них катушками 3, состоящими из втулок 4 и содержащими обмотку 5. Кольца 1 и стержни 2 изготовлены из магнитных материалов, в то время как втулки 4 - из изоляционного материала. С целью управления токами в обмотках 5, последние разделены на группы, и каждая группа отделена от соседней пазами 6, выполненными на кольцах 1. Количество групп катушек 3 может быть не менее трех, а соединение обмоток 5 внутри одной группы может быть как параллельным, так и последовательным. Поверхности 7, расположенные внутри колец 1, выполняют роль полюсов магнитопроводов, проводящих регулируемые магнитные потоки, обеспечивающие бесконтактную поддержку вала 8 (фиг. 7, 8) с постоянными зазорами. Ширина пазов 6 должна быть приблизительно в 10 раз больше, чем величина зазора между валом 8 и поверхностями 7. Сегментированные пазами 6 поверхности 7 могут быть выполнены цилиндрическими или коническими. Во втором случае центральное отверстие одного кольца 1 меньше, чем у другого, для того, чтобы поверхности 7 могли быть расположены на одном конусе. При этом ответная часть вала 8 должна иметь соответствующий конус. Материал ответных частей вала 8 может как совпадать с материалом колец 1, так и отличаться от него, например быть более магнитопроницаемым.
Расположив два таких подшипника симметричным образом (в соответствии с фиг. 8 или фиг. 9) можно удерживать вал 8 так, чтобы воспринимать значительные осевые нагрузки. В зависимости от величины предполагаемой осевой нагрузки угол при вершине конуса, образующего внутренние поверхности 7 колец 1 и ответных частей вала 8, находится в пределах (варьируется на стадии изготовления) от 10° до 60°.
Подшипник работает следующим образом (фиг. 10). При протекании в обмотках 5 электрического тока в пределах каждой группы обмоток образуется магнитный поток 9, проходящий через стержни 2, кольца 1 и через сегментированные поверхности 7 и создающий действующую на вал 8 электромагнитную силу. За счет того, что сегментированные поверхности 7 расположены симметрично по периферии вала 8, а изменение электрического тока и, соответственно, магнитного потока 9 в пределах каждой отдельной группы обмоток производится по своему определенному алгоритму, осуществляется магнитная левитация вала 8.
Техническим результатом является повышение технологичности изготовления магнитного подшипника, его надежности и простоты ремонта, а также увеличение диапазона воспринимаемых осевых нагрузок.