RU2272676C1

RU2272676C1 - Magnetic support of the vertical rotor

Info

Publication number: RU2272676C1
Application number: RU2004121756/12A
Authority: RU
Inventors: В чеслав Павлович Лисейкин (RU); Вячеслав Павлович Лисейкин; Иван Юрьевич Тарасенко (RU); Иван Юрьевич Тарасенко; Борис Иосифович Кантин (RU); Борис Иосифович Кантин; Александр Васильевич Лихачев (RU); Александр Васильевич Лихачев
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Электрохимический завод"
Priority date: 2004-07-15
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2006-03-27
Also published as: RU2004121756A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; production of magnetic supports of the vertical rotor.

SUBSTANCE: the invention is pertaining to the field of mechanical engineering, in particular, to magnetic supports of the vertical rotor of the fast-revolving devices, instruments, gyros, energy storage units, centrifugal machines, oscillators, turbomolecular pumps and other similar devices. The presented magnetic support contains a ring-shaped axially magnetized magnet with a pole head made in the form of the ring adjoining the lower butt of the magnet, and the arranged coaxially on the rotor opposite to the lower butt of the magnet ferromagnetic bush with a ring-type radial prominence. The ring-shaped axially magnetized magnet with the pole head is made with the cross section in the form of a rectangle and is mounted on the body. The internal diameter of the head equals to 0.8...0.9 of the internal diameter of the ferromagnetic bush, and the thickness of the head equals to 0.5...1.2 of the thickness of the upper butt of the ferromagnetic bush. The given design of the device allows to improve reliability and to increase service life of the fast-revolving rotors with the magnetic support.

EFFECT: the invention ensures the improved reliability, the increased service life of the fast-revolving rotors with the magnetic support.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и преимущественно к магнитным опорам вертикальных роторов быстровращающихся приборов, гироскопов, накопителей энергии, центрифуг, генераторов, турбомолекулярных насосов и подобных устройств.The invention relates to mechanical engineering and mainly to the magnetic supports of vertical rotors of rapidly rotating devices, gyroscopes, energy stores, centrifuges, generators, turbomolecular pumps and similar devices.

Известна магнитная опора вертикального ротора, в которой на роторе расположена ферромагнитная втулка, а расположенный над ней аксиально намагниченный статорный магнит с полюсным наконечником установлен на крышке корпуса с кольцевым зазором для возможности его перемещения в горизонтальной плоскости для центровки ротора (Патент РФ №2115482). Такая магнитная опора позволяет обеспечить хорошую центровку ротора относительно крышки корпуса, но при больших весах роторов не обеспечивает необходимой радиальной жесткости и приемлемой величины давления на нижнюю опору.A magnetic support of a vertical rotor is known, in which a ferromagnetic sleeve is located on the rotor, and an axially magnetized stator magnet with a pole tip located above it is mounted on the housing cover with an annular gap to allow it to be moved in the horizontal plane to center the rotor (RF Patent No. 2115482). Such a magnetic support allows for good alignment of the rotor relative to the housing cover, but with large weights of the rotors it does not provide the necessary radial stiffness and acceptable pressure on the lower support.

Известна также магнитная опора ротора, в которой для повышения радиальной жесткости в дополнение к основному магниту применен дополнительный магнит, сила которого направлена против направления притяжения основного магнита (Патент РФ №2115481). Такая магнитная опора повышает поперечную жесткость, но увеличивает нагрузку на нижнюю опору. Кроме того, эта опора сложна при сборке и имеет большие осевые габариты, что уменьшает полезную длину ротора.Also known is the magnetic support of the rotor, in which to increase the radial stiffness, in addition to the main magnet, an additional magnet is used, the force of which is directed against the direction of attraction of the main magnet (RF Patent No. 2115481). Such a magnetic support increases lateral stiffness, but increases the load on the lower support. In addition, this support is difficult to assemble and has large axial dimensions, which reduces the useful length of the rotor.

Ближайшим техническим решением к предложенному является магнитная опора, содержащая кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником в виде кольца с радиальной полкой у торца, примыкающего к нижнему торцу магнита, и ответную ферромагнитную втулку с кольцевым радиальным выступом (Патент РФ №2054334). Это известное решение повышает жесткость магнитной опоры на 8...10% и одновременно незначительно снижает давление на нижнюю опору, однако этого улучшения параметров магнитной опоры недостаточно как по подъемной силе, так и по жесткости опоры.The closest technical solution to the proposed one is a magnetic support containing an annular axially magnetized magnet with a pole tip in the form of a ring with a radial shelf at the end adjacent to the lower end of the magnet, and a response ferromagnetic sleeve with an annular radial protrusion (RF Patent No. 2054334). This known solution increases the stiffness of the magnetic support by 8 ... 10% and at the same time slightly reduces the pressure on the lower support, however, this improvement in the parameters of the magnetic support is not enough both in terms of lifting force and stiffness of the support.

Техническая задача, которая решается в предлагаемом изобретении, состоит в том, чтобы уменьшить давление на нижнюю опору и повысить поперечную жесткость магнитной опоры, что позволяет повысить надежность и долговечность работы быстровращающихся роторов с магнитной опорой.The technical problem that is solved in the present invention is to reduce the pressure on the lower support and increase the lateral stiffness of the magnetic support, which improves the reliability and durability of the fast-rotating rotors with a magnetic support.

Указанный технический результат достигается тем, что магнитная опора вертикального ротора содержит кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником в виде кольца, примыкающего к нижнему торцу магнита, и размещенную соосно на роторе напротив нижнего торца магнита ферромагнитную втулку с кольцевым радиальным выступом, при этом кольцевой аксиально намагниченный магнит с полюсным наконечником, выполненным с поперечным сечением в форме прямоугольника, установлен на корпусе, внутренний диаметр наконечника составляет 0,8...0,9 от внутреннего диаметра ферромагнитной втулки, а толщина наконечника составляет 0,5...1,2 от толщины верхнего торца ферромагнитной втулки.The specified technical result is achieved in that the magnetic support of the vertical rotor contains an annular axially magnetized magnet with a pole tip in the form of a ring adjacent to the lower end of the magnet, and a ferromagnetic sleeve with an annular radial protrusion coaxially mounted on the rotor opposite the lower end of the magnet, while the ring is axially magnetized a magnet with a pole tip made with a cross-section in the shape of a rectangle mounted on the body, the inner diameter of the tip is 0.8 ... 0 , 9 from the inner diameter of the ferromagnetic sleeve, and the thickness of the tip is 0.5 ... 1.2 from the thickness of the upper end of the ferromagnetic sleeve.

Дополнительно между магнитом и полюсным наконечником выполнен немагнитный зазор, величина которого составляет 0,2...0,4 от высоты наконечника.Additionally, a non-magnetic gap is made between the magnet and the pole piece, the magnitude of which is 0.2 ... 0.4 of the height of the tip.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез магнитной опоры; на фиг.2 - вариант выполнения опоры с немагнитным зазором между магнитом и наконечником.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a longitudinal section of a magnetic support; figure 2 is an embodiment of a support with a non-magnetic gap between the magnet and the tip.

Магнитная опора вертикального ротора включает кольцевой аксиально намагниченный магнит 1, полюсный наконечник 2 в виде кольца с поперечным сечением в форме прямоугольника толщиной S_н и высотой Н, который примыкает к нижнему торцу магнита 1 и установлен на крышку 3 корпуса 4. Соосно с ротором 5 в его верхней части напротив нижнего торца магнита 1 установлена ферромагнитная втулка 6 с кольцевым радиальным выступом 7 толщиной S_вт. Ротор 5 опирается в нижней части на опору 8, а в верхней магнитной опоре не имеет механического контакта с неподвижными деталями крышки 3.The magnetic support of the vertical rotor includes an annular axially magnetized magnet 1, a pole tip 2 in the form of a ring with a cross section in the form of a rectangle of thickness S _n and height H, which is adjacent to the lower end of magnet 1 and mounted on the cover 3 of the housing 4. Coaxially with the rotor 5 in its upper part opposite the lower end of the magnet 1 is installed ferromagnetic sleeve 6 with an annular radial protrusion 7 of thickness S _W. The rotor 5 rests in the lower part on the support 8, and in the upper magnetic support does not have mechanical contact with the fixed parts of the cover 3.

Размеры полюсного наконечника смещены относительно ферромагнитной втулки таким образом, что внутренний диаметр полюсного наконечника D_н составляет 0,8...0,9 от внутреннего диаметра ферромагнитной втулки D_вт, т.е. выполняется условиеThe dimensions of the pole piece are offset relative to the ferromagnetic sleeve so that the inner diameter of the pole piece D _n is 0.8 ... 0.9 of the inner diameter of the ferromagnetic sleeve D _b . the condition is satisfied

а толщина наконечника составляет 0,5...1,2 от толщины верхнего торца ферромагнитной втулки. Между магнитом и наконечником может быть выполнен немагнитный зазор h, например, за счет немагнитной шайбы 9, величина которого составляет 0,2...0,4 от высоты наконечника H, т.е.and the thickness of the tip is 0.5 ... 1.2 of the thickness of the upper end of the ferromagnetic sleeve. A non-magnetic gap h can be made between the magnet and the tip, for example, due to the non-magnetic washer 9, the value of which is 0.2 ... 0.4 from the height of the tip H, i.e.

h/H=0,2...0,4h / H = 0.2 ... 0.4

Магнитная опора работает следующим образом.Magnetic support works as follows.

Кольцевой магнит 1 создает осесимметричное магнитное поле. Магнитный поток между полюсами магнита 1 замыкается через полюсный наконечник 2 и ферромагнитную втулку 6. Сила притяжения магнита 1, действующая через ферромагнитную втулку 6, разгружает нижнюю опору от части силы веса ротора 5 и одновременно обеспечивает верхней опоре радиальную жесткость, т.е. способность противодействовать угловым отклонениям ротора 5 относительно вертикальной оси.The ring magnet 1 creates an axisymmetric magnetic field. The magnetic flux between the poles of magnet 1 is closed through the pole piece 2 and the ferromagnetic sleeve 6. The attractive force of magnet 1, acting through the ferromagnetic sleeve 6, unloads the lower support from part of the weight of the rotor 5 and at the same time provides radial rigidity to the upper support, i.e. the ability to counteract the angular deviations of the rotor 5 relative to the vertical axis.

В покое и при вращении ротора 5 осесимметричное магнитное поле удерживает ферромагнитную втулку 6 и связанный с ней ротор 5 в вертикальном положении, не препятствуя вращению ротора 5 относительно вертикальной оси. В случае отклонения ротора от вертикальной оси симметричность магнитного поля нарушается, что создает радиальную силу, препятствующую отклонению ротора и возвращению его в исходное положение при прекращении действия возмущающей силы. Благодаря смещению размеров наконечника относительно ферромагнитной втулки увеличивается рассеяние магнитного потока, кривая зависимости силы притяжения магнита от величины магнитного зазора становится более пологой и относительное влияние изменения зазора на давление на нижнюю опору становится меньше.At rest and during rotation of the rotor 5, an axisymmetric magnetic field holds the ferromagnetic sleeve 6 and the associated rotor 5 in a vertical position, without interfering with the rotation of the rotor 5 relative to the vertical axis. If the rotor deviates from the vertical axis, the symmetry of the magnetic field is violated, which creates a radial force that prevents the rotor from deviating and returning to its original position when the disturbing force ceases to act. Due to the displacement of the size of the tip relative to the ferromagnetic sleeve, the scattering of the magnetic flux increases, the curve of the dependence of the force of attraction of the magnet on the magnitude of the magnetic gap becomes more gentle and the relative effect of the change in the gap on the pressure on the lower support becomes less.

Экспериментальные исследования показали, что по сравнению с магнитной опорой, приведенной в прототипе, магнитная опора с наконечником, имеющим заявленные геометрические соотношения, уменьшает давление на опору на 20%. Однако с увеличением рассеяния уменьшается поперечная жесткость опоры. Чтобы этого не происходило, между магнитом и наконечником устанавливается немагнитный зазор, например, с помощью шайбы из немагнитного материала, причем величина этого немагнитного зазора составляет 0,2...0,4 от высоты наконечника, т.е. выполняется условие h/H=0,2...0,4. Экспериментальные исследования показали, что при применении немагнитного зазора указанной величины между магнитом и наконечником поперечная жесткость дополнительно увеличивается на 14%.Experimental studies have shown that, compared with the magnetic support shown in the prototype, a magnetic support with a tip having the stated geometric relationships reduces pressure on the support by 20%. However, with increasing scattering, the lateral stiffness of the support decreases. To prevent this from happening, a non-magnetic gap is established between the magnet and the tip, for example, using a washer made of non-magnetic material, the magnitude of this non-magnetic gap being 0.2 ... 0.4 of the height of the tip, i.e. the condition h / H = 0.2 ... 0.4 is satisfied. Experimental studies have shown that when applying a non-magnetic gap of the indicated magnitude between the magnet and the tip, the transverse rigidity additionally increases by 14%.

Это повышает надежность и долговечность работы быстровращающихся роторов с магнитной опорой.This increases the reliability and durability of the fast-rotating rotors with magnetic support.

Claims

1. The magnetic support of the vertical rotor, containing an annular axially magnetized magnet with a pole tip in the form of a ring adjacent to the lower end of the magnet, and placed on the rotor opposite the lower end of the magnet coaxially with a ferromagnetic sleeve with an annular radial protrusion, characterized in that the annular axially magnetized a pole piece made with a cross-section in the shape of a rectangle mounted on the housing, the inner diameter of the tip is 0.8 ... 0.9 of the inner diameter of the ferromagnetic ohm sleeve, and the thickness of the tip is 0.5 ... 1.2 the thickness of the upper end of the ferromagnetic sleeve.

2. The magnetic support according to claim 1, characterized in that a non-magnetic gap is made between the magnet and the pole piece.

3. The magnetic support according to claim 2, characterized in that the non-magnetic gap is 0.2 ... 0.4 of the height of the tip.