Электромагнитный подвес
4 ! .1
ОЛИ((:АНИЕ
ИЗОБРГТЕНИЯ (11) 7О995О (61) Дополнительное к ает. саид-ау (22) 3аяалено 221177 (21) 2545377/40-23 (цм. к. с присоединением заявки HP
G 01 C 19/24
Государетвениый комитет
СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 821. 3. . 082, ) 6 (()88. 8) Опубликовано 15.0).80 Бюллетен . HP 2
Дата опубликования описания 18,.:18., (72) Авторы изобретения
)0,А. Осокин и (.À, 1 )ахов
Московское ардена Ленина к Ордена Трудсвсгс Красного Знамени ( высшее техническое учили.:e им. Н, «-, Баумана (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ i)01ÂÅ(.
Изобретение относится к области
Приборостроения, в частности, может быть использовано в качестве маломоментных опор, Электромагнитный подвес, содержащий ротор, статар с обмотками, датчик перемещений и усилители (1), Недостатком этогo подвеса является сложность конструкции, вызванная наличием датчика перемещений ротора в виде отдельного элемента конструкции.
Известен электромагнитный падвес, содержащий магнитомягкий ротор и статор, выполненный из нескольких пар идентичных электрспроводных, изолированных друг от друга магнита« проводов с обмотками, источник переменного тока с трансформатором, усилители-преобразователи„ входы ко- 2О торых связаны через катушки индуктивности с магнитопроводами и сопротивлениями, а выходы — с обмотками, расположенными на этих магнитоправодах, и демпфирующие контуры в цепи каждой обмотки (2), Недостатком этого электромагнитного подвеса является значительный уровень возмущающих моментов, вызванный взаимодействием магнитного пс.».я «татара с роторам, материал кстсрсгс облав; †.ет магнитным гистереЗ;, *СО., )1алью изобретения является уменьшен;-;е возму::(аю;ш(х маментсв псдвеса при зсздействн.. малых перегрузок, Указанная цель достигается тем, ЧТО В нз13е;.т!1О:», э IEi1ÒpÎÌäÃÍIIÒÍOM псдвесе, с-.держа11ек1 магнитсмягкий рстср, статср. в(.пс. ненный из несколь».их 11ар 11дентичных электрспра водных, изслирсзанных друг ат друга магнитспРОаслсв с Обмотками, источник переменнсгс тока с трансформаторам,, илнтели-преобразователи, вход:.-.. которых связаны через катушки индуктивнсстн с магнитапрсвсдами и сспрстивлениями, а выходы — с Обмотками, распслсженньл(и на этих магнитспрсвадах, и демпфируюшие контуры в цепи каждой обмотки, дспОЛНИтЕЛЬна введены пороговые устройства с двумя входами и выходами, входы каждого из которых электрически связаны с одной из пар днаметральнс противоположных магнитапрсвсдсв, соединенных через демпфируюшие контуры и катушки индуктивнссти с согласно включенными обмотками трансфср»(атсра, а выходы — кс входам саатзеTcT.
709950
25 кой напряженности, как правило, в несколько раз больше, чем на воздухе, торого подключены к входам порогово40 го устройства. Подвес также являетвующего усилителя-преобразователя, причем соседние пары диаметрально противоположных магнитопроводов . электрически связаны со встречно включенными обмотками трансформатора, 5
На чертеже изображен электромагнитный подвес, Электромагнитный подвес содержит магнитомягкий ротор 1 и сгатор 2, выполненный из нескольких пар идентичных электропроводных, изолированных друг от друга магнитопроводов
3 с обмотками 4, источник переменного тока 5 с трансформатором 6; усилители-преобразователи 7, входы которых связаны через катушки индукТНВН0сТН 8 с магнитопроводами и сопротивлениями 9, демпфирующие контуры 10 и пороговые устройства 1.1 с двумя входами и выходами, входы каждого из которых электрически свя- () заны с одной иэ пар диаметрально противоположных магнитопроводов, соединенных через демпфирующие контуры и катушки индуктивности с согласно включенными обмотками трансформатора, а выходы — ко входам соответствующего усилителя-преобразователя, причем .соседние пары диаметрально противоположных магнитопроводов электрически связаны со встречно включенными обмотками трансформатора, Электромагнитный подвес работает следующим образом, При воздействии малых перегрузок ротор 1 подвеса перемещается, вызывая изменение емкостей„ образованных рабочими поверхностями магнитопроводов 3 и ротора 1, включенных в резонансную схему последовательно с демпфирующими контурами 10, катушками индуктивности 8 и сопротивлениями 9 к источнику перзменного тока
5. При этом происходит перераспределЕние электрических потенциалов магнитопроводов З,являющихся одновременно электродами,создающими электростатические силы воздействующие на ротор.Электростатические силы притяжения электродов центрируют ротор,увеличиваясь со стороны электродов с большим зазором и уменьшаясь с противоположной стороны за счет настройки рабочей точки подвеса на соответствующем склоне резонансной характеристики, Иентрирование ротора только электростатическими силами происходит до значения нагрузки на подвес, вызывающий сигнал на входе каждого порогового устройства 11 меньше величины eI o срабатывания. Величина срабатывания порогового устройства 60 выбирается в зависимости от значения максимальной электростатической силы, развиваемой электростатическим полем каждой конкретной конструкции подвеса. При воздействии боль- 65 ших перегрузок сигнал, пропорциональный смещению ротора, снимаемый с резонансных цепей магнитопроводов с большим зазором, превышает величину срабатывания порогового устройства и поступает на входы усилителейпреобразователей 7, что приводит к возникновению токов в обмотках магнитопроводов с больш:.ми зазорами и увеличению центрирующих сил, действующих на ротор.. Демпфирование ротора oñóûåñòpëÿåòñÿ с помо-„ью жидкости или с помощью демпфирующих контуров
10, а прн увеличении нагрузки и включении каналов регулирования токов в обмотках — с помощью корректирующих звеньев в этих цепях.
После уменьшения нагрузки до величины срабатывания порогового устройства центрирование ротора осушествляется только электростатическими силами, Электростатический подвес может работать в условиях вакуума или в среде демпфирующих жидкостей, в которых значение пробивной электричесПри выполнении рабочих поверхностей магнитопроводов коническими или сферическими электромагнитный подвес может быть построен с дополнительной. обмоткой осевого канала на полюсах статора или с использованием тех же обмоток г.ри подведении тока через сумматоры осевого и радиальных каналов регулирования. Прн этом сигнал, пропорциональный осевсму смещению, снимается с выхода дополнительного сумматора, входы кося трехосным и без введения сумматоров н осевого канала при изолированной работе каждого канала регулирования тока в обмотке каждого полюса.
Изобретение позволяет уменьшить при малых нагрузках возмущающие моменты электромагнитной опоры, вызванное взаимодействием магнитного поля статора с ротором, материал которого обладает магнитным гистерезисом за счет отсутствия при этом магнитного поля статора.
Уменьшение возмущающих моментов электромагнитного подвеса повышает точность прибора и уменьшает время центрирования.
Кроме того, сочетание двух типов подвесов в одной конструктивной форме повышает подъемную силу, жесткость и надежность электромагнитного подвеса, Формула изобретения
Электромагнитный подвес, содержа щий магннтомягкий ротор и статор, 709950
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Канцельсон О.Г ., Эдельштейн A.Ñ.
Магнитная подвеска в приборостроении, Энергия, 1966, с. 48.
2. Авторс
9 614325, кл. G 01 С 19/24, 1974
Составитель Б. Делекторский
Редактор Е. Зубиетова Техоед М.Келемеш Корректор 8, Веселовская
Подписное
Заказ 8749/44 Тираж 801
БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035 Москва Ж-35 Раушская наб. д. 4/5
Филиал ППП Патент „ г. Ужгород, ул. Проектная, 4 выполненный из нескольких пар идентичных электропронодных, изолированных друг от друга магнитопроводов с обмотками, источник переменного тока с трансформатором, усилители-преобразователи, входы которых связаны через катушки индуктивности с магнитопроводами и сопротивлениями, а выходы — с обмотками, расположенными на этих магнитопроводах, и демпфирующие контуры в цепи каждой обмотки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения возмущающих моментов, в него дополнительно введены пороговые устройства с двумя входами и выходами, входы каждого из которых электрически связаны с одной из пар диаметрально противоположных магнитопроводов, соединен ных через демпфирующие контуры и катушки индуктивности с согласно включенными обмотками трансформатора, а выходы — ко входам соответствующего усилителя-преобразователя, причем соседние пары диаметрально противоположных магнитопроводов электрически связаны со встречно включенными обмотками трансформатора.
findpatent.ru
Магнитный подшипник — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Магнитный подшипник- Преимущества
Основным преимуществом этих подшипников является отсутствие контакта и вытекающие отсюда:
- высокая износостойкость;
- возможность использования подшипника в агрессивных средах, при высоких или низких температурах (Луна, Марс).
- Недостатки
- В случае исчезновения магнитного поля, что может быть катастрофическим для целой механической системы, нужно обеспечить страховочные подшипники. Обычно это подшипники качения, которые в этом случае могут выдерживать один или два отказа магнитных подшипников, после чего их необходимо заменить.
- Вследствиe того, что магнитное притяжение включает в себя определенную неустойчивость, используют довольно сложные и громоздкие системы управления, которые затрудняют ремонт и эксплуатацию подшипника.
- Нагревание. Обмотка подшипника нагревается вследствие прохождения через неё тока. Иногда это нежелательно, поэтому устанавливаются дополнительные системы охлаждения.
ru.wikipedia.org
Bose электромагнитная подвеска: магнит проник в амортизатор
Дорогие читатели! Сейчас я поведаю вам о чудесах! Bose электромагнитная подвеска. Да Bose, SKF и Delphi — это те фирмы, которые воплотили в жизнь такое, чем только следует восхищаться и просто снимать шляпу перед конструкторами, которые до этого додумались.
Парящий предмет в магнитном поле многие видели, это есть воплощение в жизнь теории электромагнитного поля. Человеческая мысль внедрила этот эффект в реально-работающие тяжелые магнитопланы, парящие в воздухе и развивающие скорость до 600 км/час.
Но весь тот опыт по созданию магнитопланов ну никак не применим в автомобилестроении. А все потому, что автомобиль, средство независимое – еду куда хочу, стою там, где могу. Монорельсу никак не могу подчиниться.
Так где же и как применить эти электромагнитные поля? Да в подвеске автомобиля конечно.
Уникальность электромагнитной подвески
В чем её уникальность? Автомобиль на вираже не дает крен, на ухабистой дороге не раскачивается и не трясет, при остановке не наклоняется вперед и даже перепрыгивает «лежачих полицейских». Каждое колесо реагирует на свое препятствие и отрабатывает его индивидуально, при этом не отдавая на кузов отдачу от подвески.
Виды электромагнитных подвесок
С тех пор, как стало возможным использование электроники в использовании управления подвеской, конструкторы многих фирм стали заниматься разработкой уникальных систем в этом направлении и на сегодняшний день наиболее преуспели три:
Bose электромагнитная подвеска
Изобретатель системы Bose известный математик и разработчик акустических систем, доктор Amar Bose. Еще 30 лет назад он начал разработку системы электронной подвески, а в настоящее время такие подвески уже реальность.
На серийных автомобилях они не используются ввиду их дороговизны, но на спортивных и VIP автомобилях довольно популярны.
Bose электромагнитная подвеска профессора Боуза работает как линейный электродвигатель, шток которого выполняет роль якоря. Якорь совершает возвратно-поступательные движения возле статора, расположенного в корпусе амортизатора.
Управление подвеской полностью осуществляет Электронный блок управления.
Амортизационный узел bose электромагнитной подвески позволил исключить упругий элемент, жидкостный амортизатор и поперечный стабилизатор. Все эти функции стал выполнять один элемент.
Блок управления подает напряжение на линейный электродвигатель, на штоке появляется сила, которая выталкивает шток с усилием до 380 кг. На четыре колеса в сумме приходится более 1,5 т., а это вес средней малолитражки.
С такой подвеской автомобиль выдерживает постоянный клиренс (высота автомобиля над дорогой), не зависимо от нагрузки.
Bose электромагнитная подвеска выполняет и роль пружины и роль амортизатора, то есть берет на себя нагрузку и демпфирующую отдачу. А также исключает по определению стабилизатор, потому что механически выравнивать левое с правым колесом нет необходимости, делает это электроника.
ЦПУ (центральный пульт управления) посылает на каждое колесо то напряжение, которое нужно в той или иной дорожной обстановке.
Автомобиль не делает продольных «клевков» при торможении и при разгоне. Не дает боковой крен. Благодаря идеальному распределению опорных сил, автомобиль становится максимально послушным и удивительно комфортным.
Проходя по неровностям дороги, этот линейный электродвигатель выполняет обратную функцию, то есть работает не как электродвигатель, а как генератор. Он преобразует возвратно-поступательные движения в электрическую и подает её обратно в электрическую сеть автомобиля.
Система SKF
Конструкция шведской компании SKF несколько иная. Они создали капсулу в которой расположены два электромагнита один против другого.
По сути дела, это такая же стойка МакФерсон, только вместо гидравлического амортизатора установлена капсула с электромагнитами, управляющими из ЦПУ электронными мозгами.
Ток подается на магниты подается от ЦПУ исходя из дорожных условий и мгновенно изменяет его силу в зависимости от изменяющихся условий. Колесные датчики анализируют каждый бугорок и подают сигнал на центральный блок управления.
Конечно подвеска имеет классический вид, имеет пружину в подвеске, что явилось подстраховкой, когда вдруг электронная система выйдет из строя или по каким-то другим причинам будет отключена. Так же, автомобиль не будет проседать при длительной стоянке с отключенным аккумулятором.
Система Delphi
Компания Delphi придумала систему, которая напоминает обычный однотрубный амортизатор, только наполненный необычной жидкостью. Эта жидкость магнито-реологическая, то есть жидкость с магнитными частицами, размер которых составляет десять микрон и меньше.
Жидкость эта составляет одну треть от основного объема. Электромагнит расположен в головке поршня амортизатора и управляется ЦПУ.
Когда подается соответствующее напряжение на электромагнит, магнитные частицы активизируются и собираются, под воздействием магнитных полей, в структуры, которые меняют вязкость жидкости, соответственно меняя режим работы амортизаторов.
Также, как и в системе SKF, и в отличии от системы Bose, вид подвески напоминает классический вид и имеет упругий элемент.
Вот как продвинулась наука, мои дорогие читатели, и как фантастично работают новые изобретения. Вопрос другой, когда мы сможем ездить на автомобилях с такой подвеской.
Главное это скоро будет! Я верю в это и не перестаю удивляться гениальности человеческой мысли.
До встречи на блоге! Делитесь знаниями с близкими и удачи на дорогах!
Кстате, очень интересные статьи: Адаптивная подвеска, Пневматическая подвеска, Торсионная подвеска.
auto-ru.ru
Магнитный подшипник
Магнитный подшипник, как и остальные механизмы подшипниковой группы, служит опорой для вращающегося вала. Но в отличие от распространенных подшипников качения и подшипников скольжения соединение с валом является механически бесконтактным, то есть используется принцип левитации.
Магнитный подвес
Классификация и принцип работы
Используя принцип левитации, вращающийся вал буквально парит в мощном магнитном поле. Контролировать движение вала и координировать работу магнитной установки позволяет сложная система датчиков, которая постоянно отслеживает состояние системы и подает необходимые управляющие сигналы, меняя силу притяжения с той или иной стороны.
Принцип работы
Магнитные подшипники делятся на две большие группы – активные и пассивные. Более подробно об устройстве каждого типа подшипника ниже.- Активные магнитные подшипники.
Устройство активного магнитного подвеса
1, 3 – силовые катушки; 2 — вал Различают радиальный и упорные механизмы (по типу воспринимаемой нагрузки), но принцип работы у них один и тот же. Используется специальный ротор (обычный вал не подойдет), модифицированный ферромагнитными блоками. Этот ротор «висит» в магнитном поле, создаваемом электромагнитными катушками, которые находятся на статоре, то есть вокруг вала на 360 градусов, образуя кольцо.Между ротором и статором образуется воздушный зазор, что позволяет деталям вращаться с минимальным трением.
Система в разрезе
Изображенным механизмом управляет специальная электронная система, которая с помощью датчиков постоянно отслеживает положение ротора относительно катушек и при малейшем его смещении подает управляющий ток на соответствующую катушку. Это позволяет поддерживать ротор в одном и том же положении.
Устройство электронной системы управления.
Расчет таких системы можно более детально изучить в приложенной документации.- Пассивные магнитные подшипники.
Пассивный МП
Ротор оснащен постоянным магнитом так же, как и статор, расположенный кольцом вокруг ротора. Одноименные полюса расположены рядом в радиальном направлении, что создает эффект левитации вала. Подобную систему можно даже собрать своими руками.Преимущества
Разумеется, основным преимуществом является отсутствие механического взаимодействия между вращающимся ротором и статором (кольцом).Из этого следует, что подобные подшипники очень долговечны, то есть обладают повышенной износоустойчивостью. Также конструкция механизма позволяет использовать его в агрессивных средах – повышенная/пониженная температура, агрессивная воздушная среда. Поэтому МП находят все большее применение в космической промышленности.
Недостатки
К сожалению, система обладает и большим количеством недостатков. К ним относятся:- Сложность управления активными подвесами. Необходима сложная, дорогостоящая электронная система управления подвесом. Ее использование может быть оправдано только в «дорогих» отраслях – космической и военной.
- Необходимость использования страховочных подшипников. Резкое отключение электричества или выход из строя магнитной катушки может привести к катастрофическим последствиям для всей механической системы. Поэтому для страховки совместно с магнитными используют и механические подшипники. В случае отказа основных, они смогут взять на себя нагрузки и избежать серьезной поломки.
- Нагрев обмотки катушек. Вследствие прохождения тока, создающего магнитное поле, обмотка катушек нагревается, что зачастую является неблагоприятным фактором. Поэтому необходимо использовать специальные охлаждающие установки, что еще больше увеличивает стоимость использования подвеса.
Области применения
Возможность работы при любых температурах, в условиях вакуума и отсутствия смазки позволяет использовать подвесы в космической промышленности, в станках нефтеперерабатывающей промышленности. Также они нашли свое применение в газовых центрифугах для обогащения урана. Различные электростанции также используют магнитные подвесы в своих генерирующих установках.
Вариант исполнения подвеса
Ниже несколько интересных видео по теме.Не забудь сохранить статью!
podshipnikcentr.ru
Магнитный подвес ротора устройства. Кондукционный электромагнитный подвес
Ниже рассмотрена конструкция магнитного подвеса Николаева, который утверждал, что можно обеспечить левитацию постоянного магнита без упора. Показан опыт с проверкой работы данной схемы.
Сами неодимовые магниты продаются в этом китайском магазине .
Магнитная левитация без затрат энергии – фантастика или реальность? Можно ли сделать простейший магнитный подшипник? И что же на самом деле показал Николаев в начале 90-х? Давайте рассмотрим эти вопросы. Каждый, кто когда-либо держал в руках пару магнитов, наверняка задавался вопросом: “Почему не получается заставить один магнит парить над другим без посторонней поддержки? Обладая таким уникальным , как постоянное магнитное поле, они отталкиваются одноименными полюсами совершенно без затрат энергии. Это великолепная основа для технического творчества! Но не все так просто.
Еще в 19 веке британский ученый Earnshaw доказал, что используя только постоянные магниты, невозможно устойчиво удерживать левитирующий объект в гравитационном поле. Частичная левитация или, иначе говоря, псевдолевитация, возможна лишь при механической поддержке.
Как сделать магнитный подвес?
Простейший магнитный подвес можно сделать за пару минут. Понадобятся 4 магнита в основании,чтобы сделать опорную базу, и пара магнитов, закрепленных на самом левитирующим объекте, в качестве которого можно взять, например, фломастер. Тем самым мы получили парящую конструкцию с неустойчивым равновесием по обе стороны оси фломастера. Стабилизировать положение поможет обычный механический упор.
Простейший магнитный подвес с упором
Эту конструкцию можно настроить таким образом, чтобы основной вес левитирующего объекта ложился на опорные магниты, а боковая сила упора была настолько мала, что механическое трение там практически стремится к нулю.
Теперь было бы логично попытаться заменить механический упор на магнитный, чтобы добиться абсолютной магнитной левитации. Но, к сожалению, сделать это не получается. Возможно, дело в примитивности конструкции.
Альтернативная конструкция.
Рассмотрим более надежную систему такого подвеса. В качестве статора используются кольцевые магниты, сквозь которые проходит ось вращения подшипника. Оказывается, в определенной точке кольцевые магниты обладают свойством стабилизировать другие магниты вдоль своей оси намагниченности. А в остальном имеем то же самое. Нет устойчивого равновесия вдоль оси вращения. Это и приходится устранять регулируемым упором.
Рассмотрим конструкцию более жесткую.
Возможно здесь удастся стабилизировать ось при помощи упорного магнита. Но и здесь так и не удалось добиться стабилизации. Возможно, упорные магниты нужно размещать с обеих сторон от оси вращения подшипника. В интернете давно обсуждается видео с магнитным подшипником Николаева. Качество изображения не позволяет детально рассмотреть эту конструкцию и складывается впечатление что ему удалось добиться устойчивой левитации исключительно при помощи постоянных магнитов. При этом схема устройства идентична показанной выше. Добавлены лишь второй магнитный упор.
Проверка конструкции Геннадия Николаева.
Сначала посмотрите полное видео, на котором показан магнитный подвес Николаева. Этот ролик заставил сотни энтузиастов в России и за рубежом попытаться сделать конструкцию, которая смогла бы создать левитацию без упора. Но, к сожалению, в настоящее время не создана действующая конструкция такого подвеса. Это заставляет усомниться в модели Николаева.
Для проверки была сделана точно такая-же конструкция. Кроме всех дополнений были поставлены такие же, как у Николаева, ферритовые магниты. Они слабее неодимовых и не выталкивают с такой огромной силой. Но проверка в серии экспериментов принесла только разочарование. К сожалению, и эта схема оказалась нестабильной.
Заключение.
Проблема в том что кольцевые магниты, какими бы сильными они не были, не в состоянии удержать ось подшипников в равновесии при том усилии со стороны боковых упорных магнитов, которое нужно для ее боковой стабилизации. Ось просто соскальзывают в сторону при малейшем движении. Другими словами, сила, с которой кольцевые магниты стабилизируют ось внутри себя, всегда будет меньше силы, необходимой для стабилизации оси в боковом направлении.
Так что же все-таки показал Николаев? Если более внимательно посмотреть это видео, то возникает подозрение, что при плохом качестве видео просто не видно игольчатый упор. Случайно ли Николаев не старается демонстрировать самое интересное? Не отвергается сама возможность абсолютной левитация на постоянных магнитах, закон сохранения эне
www.sds-us.ru
Электромагнитный подвес вертикального вала ротора
Изобретение относится к устройствам бесконтактного электромагнитного подвеса вертикального вала ротора, более конкретно — к электромагнитным подшипникам, предназначенным для использования в различных электрических машинах с вертикальным расположением вала ротора, таких как электромеханические накопители энергии, ветрогенераторы и т.п. Электромагнитный подвес вертикального вала ротора содержит источник питания, датчик положения вала, систему управления, неподвижный ферромагнитный сердечник с обмотками, вал, на котором закреплен элемент, создающий магнитное поле. На роторе закрепляется шихтованный ферромагнитный сердечник цилиндрической формы, в пазы сердечника вокруг вала ротора укладывается обмотка, выводы которой соединены с двумя контактными кольцами, размещенными на валу. Для создания постоянного магнитного поля, пересекающего проводники обмотки ротора, на неподвижной части подвеса устанавливаются два П-образных шихтованных ферромагнитных сердечника с обмоткой возбуждения. Вал имеет возможность перемещаться в осевом направлении, нижняя часть вала упирается в подпятник, для фиксации вала в радиальном направлении используются два направляющих подшипника. Технический результат: увеличение несущей способности подвеса вертикального вала ротора, снижение механических потерь в устройстве. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.
Настоящее изобретение относится к устройствам бесконтактного электромагнитного подвеса вертикального вала ротора, более конкретно — к электромагнитным подшипникам, предназначенным для использования в различных электрических машинах с вертикальным расположением вала ротора, таких как электромеханические накопители энергии, ветрогенераторы и т.п.
Известен сверхпроводящий магнитный подвес, содержащий статор в виде корпуса, содержащий блок высокотемпературных сверхпроводящих элементов с системой охлаждения, постоянные магниты, установленные на валу ротора с зазором относительно корпуса статора (патент на изобретение РФ №2551864, МПК F16C 32/04) [1]. В данном магнитном подвесе технический результат достигается использованием высокотемпературных сверхпроводников и постоянных магнитов на роторе. Недостаток такого подвеса связан с необходимостью использования сложной системы охлаждения для обеспечения сверхпроводимости элементов, а также ограничение по максимальной удельной энергии постоянных магнитов, что ограничивает массу подвешиваемого тела.
Известен магнитный подвес для маховика, реализованный с использованием постоянных магнитов на статоре и роторе (патент на полезную модель РФ №109250, МПК F16F 15/30) [2]. В данном магнитном подвесе технический результат достигается за счет использования постоянных магнитов на статоре и роторе: вал маховика подвешен относительно корпуса на магнитной подвеске, включающей неподвижные магниты, закрепленные на корпусе, и подвижные магниты, закрепленные на валу. При этом подвижные магниты притягиваются к верхнему неподвижному магниту и отталкиваются от нижнего неподвижного магнита. Недостаток такого подвеса связан с сложностью подбора постоянных магнитов для обеспечения устойчивого равновесия, а также ограничение по максимальной удельной энергии постоянных магнитов, что ограничивает массу подвешиваемого тела.
Известен радиально-аксиальный подшипник, реализованный с использованием ротора и статора из магнитотвердых материалов (патент на изобретение РФ №2176039, МПК F16C 32/04) [3]. В данном магнитном подвесе технический результат достигается за счет намагничивания магнитотвердых материалов ротора и статора. Недостаток такого подшипника связан с ограничением по массе подвешиваемого тела.
Известно устройство с электромагнитным подвесом маховика, реализованное с использованием электромагнитов (патент на изобретение РФ №2082029, МПК F16C 32/04) [4]. В данном магнитном подвесе технический результат достигается за счет использования двух кольцевых электромагнитов, которые притягивают вращающийся маховик. Недостаток такого подвеса связан со сложностью системы управления, в случае сбоя в работе системы управления маховик опирается на аварийные шарикоподшипники или полностью притягивается к электромагнитам.
Известен осевой магнитный подвес ротора, реализованный с использованием электромагнитов и нешихтованного ферромагнитного диска [5]. В данном магнитном подвесе технический результат достигается за счет притягивания ферромагнитного диска, закрепленного на роторе, к неподвижным электромагнитам, которые притягивают вращающийся диск. Недостаток такого подвеса связан со сложностью системы управления, в случае сбоя в работе системы управления маховик будет задевать полюса электромагнитов.
Наиболее близким по технической сущности является магнитный подвес, описанный в [6], этот подвес и принят за прототип (рис. 1.2) [6]. Одноосный магнитный подвес реализован на постоянных магнитах: на неподвижном элементе установлен кольцевой магнит, внутри которого на оси закреплен цилиндрический магнит меньшего диаметра. Под действием веса ротора ось с магнитом опускается, а появляющаяся сила притяжения между магнитами уравновешивает силу тяжести и поддерживает подвижную часть во взвешенном состоянии. Такой подвес предназначен для использования в измерительных приборах и способен обеспечить подвес тела незначительной массы.
Цель изобретения — создание бесконтактного электромагнитного подвеса вертикального вала ротора, который способен обеспечить бесконтактный подвес массивного ротора электромеханического накопителя энергии или другой электрической машины с вертикальным валом ротора.
Технический результат, достигаемый изобретением, — увеличение несущей способности подвеса вертикального вала ротора, снижение механических потерь в устройстве.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен вид спереди электромагнитного подвеса с вертикальным валом ротора, на фиг. 2 — вид сверху электромагнитного подвеса с вертикальным валом ротора.
Электромагнитный подвес с вертикальным валом ротора содержит источник электроэнергии 1, систему управления 2, регулятор тока 3, датчик положения ротора 4, на роторе закрепляется шихтованный ферромагнитный сердечник цилиндрической формы 13, в пазы сердечника вокруг вала ротора укладывается обмотка ротора 10. Выводы обмотки ротора 10 соединены с двумя контактными кольцами 8, по которым скользят щетки 7. Для создания постоянного магнитного поля, пересекающего проводники обмотки ротора 10, на неподвижной части подвеса устанавливаются два П-образных шихтованных ферромагнитных сердечника 11 с обмоткой возбуждения 12. Вал 6 имеет возможность перемещаться в осевом направлении, нижняя часть вала упирается в подпятник 15, для фиксации вала в радиальном направлении используются два направляющих подшипника 5. Подвешиваемое тело 14 закрепляется на валу в нижней части электромагнитного подвеса. Питание обмотки возбуждения 12, системы управления 2 и регулятора тока 3 осуществляется постоянным током от источника электроэнергии 1. Система управления 2 получает данные от датчика осевого положения ротора 4 и управляет регулятором тока 3, который поддерживает необходимое значение постоянного тока в обмотке ротора 10.
Работа электромагнитного подвеса с вертикальным валом ротора.
В выключенном состоянии вал ротора упирается в подпятник. При работе электромагнитного подвеса осевое положение ротора определяется зазором между верхней торцевой частью вала 6 и датчиком осевого положения ротора 4. При включении электромагнитного подвеса постоянное напряжение подключается к обмотке возбуждения 12, которая создает магнитный поток, который замыкается через ферромагнитный сердечник цилиндрической формы 13 на роторе и пересекает обмотку ротора 10. Далее система управления 2 обеспечивает позиционирование вала 6 в осевом направлении, для чего задает необходимое значение тока регулятором тока 3 в обмотке ротора 10, это позволяет поднять ротор с подвешиваемым телом 14. В результате в заданном положении ротора сила Ампера уравновешивает силу тяжести, что обеспечивает устойчивое положение вала 6 с подващиваемым телом 14 в осевом направлении.
Технический результат в изобретении достигается тем, что на роторе закрепляется шихтованный ферромагнитный сердечник цилиндрической формы, в пазы сердечника вокруг вала ротора укладывается обмотка, выводы которой соединены с двумя контактными кольцами, размещенными на валу. Для создания постоянного магнитного поля, пересекающего проводники обмотки ротора, на неподвижной части подвеса устанавливаются два П-образных шихтованных ферромагнитных сердечника с обмоткой возбуждения. Вал имеет возможность перемещаться в осевом направлении, нижняя часть вала упирается в подпятник, для фиксации вала в радиальном направлении используются два направляющих подшипника.
Таким образом, может быть реализована необходимая подъемная сила Ампера для преодоления силы тяжести, большая, чем при использовании высококоэрцитивных постоянных магнитов или электромагнитов и токопроводящих дисков. Упрощение процесса позиционирования вала в осевом направлении обеспечивается за счет конструкции электромагнитного подвеса: увеличение силы тока в обмотке ротора приводит к увеличению подъемной силы Ампера и подъему сердечника цилиндрической формы на роторе с обмоткой вверх, при этом верхняя часть обмотки ротора поднимется выше полюса неподвижного сердечника, магнитная индукция для этой части обмотки уменьшится, что приведет к уменьшению подъемной силы Ампера и стабилизации ротора в новом положении в осевом направлении.
Для обеспечения минимального расхода электроэнергии для поддержания подвешиваемого тела необходимо, чтобы обмотка ротора в рабочем режиме полностью находилась в магнитном поле полюсов неподвижного сердечника, также для уменьшения потерь мощности при левитации ротора в качестве электропроводящего материала обмоток необходимо использовать электротехническую медь.
Достоинство предлагаемого устройства состоит в том, что оно позволяет обеспечить бесконтактный подвес тела с массой несколько тонн с незначительным потреблением электроэнергии, величина которой зависит от геометрических размеров устройства, плотности тока в обмотках и частоты вращения вертикального ротора.
Источники информации
1. Пат. RU(11) 2551864 (13) C1 МПК F16C 32/04. Сверхпроводящий магнитный подвес для кинетического накопителя энергии / В.А. Матвеев, О.Л. Полущенко, Н.А. Нижельский и др. — №2014113299/11; Заявлено 04.04.2014; Опубл. 27.05.2015. Бюл. №15.
2. Пат. RU(11) 109250 (13) U1 МПК F16F 15/30. Маховичный накопитель энергии / Н.В. Гулиа. — №2011118975/11; Заявлено 12.05.2011; Опубл. 10.10.2011. Бюл. №28.
3. Пат. RU(11) 2176039 (13) C2 МПК F16C 32/04. Радиально-аксиальный подшипник / Б.П. Фридман, В.С. Жернаков, О.Б. Фридман. — №99103880/09; Заявлено 23.02.1999; Опубл. 20.11.2001. Бюл. №08.
4. Пат. RU(11) 2082029 (13) C1 МПК F16C 32/04. Устройство с электромагнитным подвесом маховика / Н.А. Заболотский, А.И. Коновалов. — №93018970/28; Заявлено 13.04.1993; Опубл. 20.06.1997. Бюл. №2.
5. Журавлев Ю.Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение [Текст] / Ю.Н. Журавлев // СПб.: Политехника, 2003. — 206 с.
6. Осокин Ю.А. Теория и применение магнитных подвесов [Текст] / Ю.А. Осокин, В.Н. Герди, К.А. Майков, Н.Н. Станкевич // М.: Машиностроение, 1980. — 284 с.
1. Электромагнитный подвес вертикального вала ротора, содержащий источник питания, датчик положения вала, систему управления, неподвижный ферромагнитный сердечник с обмотками, вал, на котором закреплен элемент, создающий магнитное поле, отличающийся тем, что с целью увеличения несущей способности подвеса на валу размещена обмотка в пазах ферромагнитного сердечника.
2. Электромагнитный подвес по п. 1, отличающийся тем, что на валу установлен скользящий токосъем для питания обмотки ротора постоянным током.
3. Электромагнитный подвес по п. 1, отличающийся тем, что неподвижный сердечник с обмотками состоит из двух П-образных частей, одинаковые магнитные полюса которых направлены на ферромагнитный сердечник ротора с противоположных сторон.
findpatent.ru
Электромагнитный подвес
ОПИСАНИЕ
ИЗОВРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советсиик
Социаяистичесииа . республик
9оударственвй кеивтот
СССР ао явлен «зоорФтвий я юпрытвЯ
Опубликовано 15.07.82., бюллетень ¹ 26 (53) 3 ДК 621.317.7. .084/085 (088.8) Дата онубликования описания 15.07.82 (72) Автор изобретения
В.И. Костылев юа, 1 «м
1 с
V
Чувашский государственный университет им. И.Н, Ульянова (7I ) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОИАГНИТНЫЙ ПОЛВЕС
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано дпя фиксации тел в пространстве без применения механических опор.
Известен электромагнитный подвес, который содержит электромагнит, размещенный на неподвижном основании, последовательно с обмоткой которого включен конденсатор, и дополнительный электромагнит, закрепленный на подвешиваемом объекте, причем к его обмотке подключен дополнительно введенный конденсатор (11.
В ряде случаев размещение дополнительного тела на подвешиваемом объекте недопустимо, так как его собственный вес уменьшает полезную нагрузку подвеса. Таким образом, основным недостатком известного подвеса является недостаточная производительность.
Цель изобретения — повышение производительности электромагнитного подвеса.
Для достижения цели электромаг» нитный подвес, содержащий основной и дополнительный электромагниты, обмотки которых соединены с соответствующими конденсаторами, основной 5 электромагнит размещен на неподвижном основании, снабжен двумя якорями, каждый иэ которых расположен над полюсами-основного и дополнительного электромагйитов, йри этом дополнительный электромагнит размещен на неподвижном основании.
На фиг. 1 изображена конструкция электромагнитного подвеса; на фиг.2электрическая схема электромагнитного подвеса.
Электромагнитный подвес содержит основной электромагнит, например броневой конструкции с магнитопрово2о дом 1 и обмоткой 2, дополнительный электромагнит с магнитопроводом 3 и обмоткой 4. Основной электромагнит и дополнительный установлены на неподвижном основании 5. На подвешиваг>лом объекте 6 закреплены якоря 7 и 8. Магнитопроводы отделены друг от друга немагнитопроводящим веществом 9. Па противоположной стороне подвешиваемого объекта 6, а также по остальным пространственным осям могут быть установлены аналогичные электромагниты. Обмотка 2 основного
Ф электромагнита 3 через конденсатор
10 (фиг. 2) подключена к источнику
11 переменного напряжения, а к обмотке 4 дополнительного электромагнита присоединен конденсатор 12. Якоря 7 и 8, размещенные на подвешиваемом ,объекте 6, совместно с магнитопроводами 1 и 3 электромагнитов, через соответствующие рабочие воздушные эа зоры образуют последовательную магнитную цепь. Таким образом, между основным и дополнительным электромагнитами существует сильная магнитная связь, глубина которой зависит ()T величины воздушного зазора. Обмотки электромагнитов 2 и 4 с конденсатораии 10 и 12 образуют два
t магнитосвязанных резонансных контура. Известно,что если коэффициент связи между контурами превышает критИческую величину,To резонансная характеристика приобретает вид двугорбой кривой (не показана).
Устройство работает следующим образом.
2S
Режимы работы электромагнитного подвеса задаются выбором рабочей
35 частоты источника 11 переменного напряжения. Если частота источника 11 такая, что рабочая точка располагает. ся на нисходящей ветви области первого максимума двугорбой кривой, то токи основного и дополнительного электромагнитов практически синфазны„ магнитные потоки, создаваемые ими, совпадают по направлению, и между неподвижными магнитопроводами 1 и 3 и якорями 7 и 8 подвешиваемого объекта 6 действуют силы притяжения. Смещение подвешиваемого объекта 6 в сторону уменьшения воздушного зазора под действием силы, совпадающей по направлению с силой притяжения, вызывает увеличение магнитной проводимости. Результирующая. индуктивность резонансного контура увеличивается и его резонансная частота падает. При 55 неизменной частоте источника 11 переменного напряжения это приводит к уменьшению токов в обмотках 2 и 4 электромагнитов, снижению тягового усилил и возрасту объекта 6 в исходное положение.
Если выбрать рабочую точку магнитного подвеса на нисходящей ветви области второго максимума, то токи в обмотках 2 и 4 основного и дополнительного электромагнитов и магнитные потоки, создаваемые ими, находятся в противофазе, и между магнитопроводами 1 и 3 и якорями 7 и 8 действуют силы отталкивания, резко возрастающие при смещении объекта 6 в сторону уменьшения рабочего зазора и восстанавливающие положение равновесия.
Устройство предлагаемого электромагнитного подвеса было рассмотрено на примере электромагнитов броневого типа, однако могут быть применены электромагниты и других конструкций, например стержневые. Ванно лишь, чтобы якоря 7 и 8 образовывали последовательную магнитную цепь с магнитопроводами электромагнитов. Вес дополнительного электромагнита из-за наличия обмотки иэ медного провода, имеющего удельный вес больше удельного веса электротехнической стали, значительно больше якорей.
Поэтому размещение доп.)лнительного электромагнита на неподвижном основании позволяет разгрузить электромагнитный подвес и эа счет этого увеличить полезный вес подвешиваемого объекта. Вследствие этого производительность у предлагаемого электромагнитного подвеса выше, чем у известного устройства.
Формула изобретения
Электромагнитный поднес, содержащий основной и дополнительный электромагниты, обмотки которых соединены с соответствующими конденсаторами, основной электромагнит размещен на неподвижном основании, о т h u ч а ю шийся тем, что, с целью повышения производительности, он снабжен двумя якорями, каждый из которых расположен над полюсами основного и дополнительного электромагнитов, при этом дополнительный электромагнит размещен на неподвижном основании.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 1″ 2818745/21, кл. G 01 R 1/1О, 21,09 79.
943581
Составитель И.Лебедев
Редактор Т.Парфенова Техред И. Рейвес Корректор И.Нуска
Заказ 5098/49 Тираж 717 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Нроектнал, 4
findpatent.ru