RU2593450C1 - Magnetic support of composite type - Google Patents
Magnetic support of composite type Download PDFInfo
- Publication number
- RU2593450C1 RU2593450C1 RU2015100912/05A RU2015100912A RU2593450C1 RU 2593450 C1 RU2593450 C1 RU 2593450C1 RU 2015100912/05 A RU2015100912/05 A RU 2015100912/05A RU 2015100912 A RU2015100912 A RU 2015100912A RU 2593450 C1 RU2593450 C1 RU 2593450C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnets
- vertical rotor
- magnetic support
- rotor
- support
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к магнитным опорам вертикальных роторов быстровращающихся приборов, например роторов газовых центрифуг, накопителей энергии, генераторов, гироскопов и подобных устройств.The invention relates to mechanical engineering, mainly to the magnetic supports of vertical rotors of rapidly rotating devices, for example, gas centrifuge rotors, energy storage devices, generators, gyroscopes and similar devices.
Существует большое многообразие предложений по построению магнитных опор на постоянных магнитах. Магнитные опоры многофункциональны и позволяют решить многие проблемы, например, разгрузку нижней опоры от осевой нагрузки, обеспечение бесконтактной радиальной жесткой связи ротора с неподвижной частью, центровку ротора относительно корпуса.There is a wide variety of proposals for the construction of permanent magnetic poles. Magnetic bearings are multifunctional and can solve many problems, for example, unloading the lower support from axial load, providing non-contact radial rigid connection of the rotor with the fixed part, and the centering of the rotor relative to the housing.
Известна магнитная опора ротора, опирающегося на подпятник, содержащая ферромагнитную втулку, закрепленную соосно ротору на его верхней крышке, кольцевой аксиально намагниченный магнит, установленный в корпусе над втулкой соосно с ней, и полюсный наконечник, выполненный в виде кольца с радиальной полкой у торца, примыкающему к нижнему торцу магнита.Known magnetic support of the rotor, resting on a thrust bearing, containing a ferromagnetic sleeve fixed coaxially to the rotor on its upper cover, an annular axially magnetized magnet mounted in the housing above the sleeve coaxially with it, and a pole piece made in the form of a ring with a radial shelf at the end adjacent to the bottom of the magnet.
Патент ФРГ №1071593, B04B 9/12, опубл. 09.06.1960 г. Germany patent No. 1071593,
Данная магнитная опора обеспечивает вращение ротора без механических контактов с элементами верхней части корпуса, разгружает подпятник действием осевой силы притяжения магнита и стабилизирует положение оси вращения ротора за счет радиальной жесткости, обусловленной действием симметричного магнитного поля. Однако изменение магнитного зазора между полюсным наконечником и роторной втулкой приводит к существенному изменению величины нагрузки на нижнюю опору.This magnetic support provides the rotation of the rotor without mechanical contacts with the elements of the upper part of the housing, relieves the thrust bearing by the action of the axial force of attraction of the magnet and stabilizes the position of the axis of rotation of the rotor due to radial rigidity due to the action of a symmetric magnetic field. However, a change in the magnetic gap between the pole piece and the rotor sleeve leads to a significant change in the magnitude of the load on the lower support.
Известна также магнитная опора вертикального ротора газовой центрифуги, в которой для усиления бесконтактной радиальной жесткой связи с неподвижной частью помимо основного магнита применен дополнительный магнит, установленный на наружной трубке газового коллектора, сила которого направлена против направления притяжения основного магнита.Also known is the magnetic support of the vertical rotor of a gas centrifuge, in which, in addition to the main magnet, an additional magnet mounted on the outer tube of the gas manifold, the force of which is directed against the direction of attraction of the main magnet, is used to strengthen the non-contact radial rigid connection with the fixed part.
Патент RU №2115481, МПК В04В 5/08, В04В 9/12, B01D 59/20, опубл. 20.07.1998.Patent RU No. 2115481,
Такая магнитная опора усиливает поперечную жесткую связь, но обладает еще большей чувствительностью к осевым перемещениям элементов опоры, а также сложна при сборке.Such a magnetic support reinforces the transverse rigid connection, but has even greater sensitivity to axial movements of the support elements, and is also difficult to assemble.
Задача данного изобретения состоит в создании магнитной опоры, которая может обеспечить требуемую нагрузку на нижнюю опору, величина которой не зависит от вертикальных перемещений вращающейся части относительно неподвижной части при динамических изменениях осевого положения ротора, обеспечивающей работоспособность быстровращающихся роторов в процессе разгона и эксплуатации, повышение надежности и долговечности работы.The objective of this invention is to create a magnetic support, which can provide the required load on the lower support, the magnitude of which does not depend on the vertical movements of the rotating part relative to the stationary part with dynamic changes in the axial position of the rotor, ensuring the operability of rapidly rotating rotors during acceleration and operation, increasing reliability and longevity of work.
Поставленная задача достигается тем, что в магнитной опоре вертикального ротора, расположенной в устройстве в виде полого тонкостенного вертикального ротора, установленного в корпусе и опирающегося на подпятник, содержащей систему постоянных магнитов, установленных соосно с ротором, система магнитов содержит магниты, закрепленные на неподвижной части устройства, между которыми установлен один или несколько магнитов, закрепленных на вращающейся части устройства, и один или несколько ферромагнитных элементов, закрепленных на вращающейся части устройства.The problem is achieved in that in the magnetic support of the vertical rotor located in the device in the form of a hollow thin-walled vertical rotor installed in the housing and supported by a thrust bearing containing a system of permanent magnets mounted coaxially with the rotor, the magnet system contains magnets mounted on the fixed part of the device between which one or more magnets are mounted, mounted on a rotating part of the device, and one or more ferromagnetic elements, mounted on a rotating parts of the device.
Кроме того, неподвижная часть может представлять собой коллектор, на котором один из магнитов закреплен выше вертикального ротора, а другой - в его полости.In addition, the fixed part may be a collector on which one of the magnets is mounted above the vertical rotor, and the other in its cavity.
Кроме того, магниты могут быть выполнены кольцевыми.In addition, the magnets can be made circular.
Кроме того, сечение магнитов может быть выполнено прямоугольным.In addition, the cross section of the magnets can be made rectangular.
Кроме того, сечение магнитов может быть иметь произвольную форму.In addition, the cross section of the magnets may be of arbitrary shape.
Кроме того, магниты могут быть выполнены из материала с высокой электропроводностью.In addition, the magnets can be made of a material with high electrical conductivity.
Кроме того, на неподвижной части устройства закреплено несколько магнитов, между которыми установлены несколько магнитов, закрепленных на вращающейся части.In addition, several magnets are fixed on the fixed part of the device, between which several magnets are mounted, mounted on the rotating part.
Кроме того, ферромагнитный элемент может нести дополнительные функции как механического свойства, так и электропроводного.In addition, the ferromagnetic element can carry additional functions of both mechanical properties and electrically conductive.
Кроме того, ферромагнитных элементов может быть несколько.In addition, there may be several ferromagnetic elements.
Кроме того, вращающаяся часть опоры может выполнять функции неподвижной части опоры и наоборот при условии сохранения центральной симметрии магнитного поля.In addition, the rotating part of the support can perform the functions of the fixed part of the support and vice versa, provided that the central symmetry of the magnetic field is maintained.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
Фиг. 1 - продольный разрез вертикального ротора с магнитной опорой.FIG. 1 is a longitudinal section through a vertical rotor with a magnetic support.
Фиг. 2 - зависимость нагрузки на нижнюю опору f от осевого смещения z вращающейся части устройства относительно неподвижной части при различных соотношениях расстояний между элементами устройства.FIG. 2 - the dependence of the load on the lower support f from the axial displacement z of the rotating part of the device relative to the fixed part at different ratios of the distances between the elements of the device.
Магнитная опора вертикального ротора расположена в устройстве, в котором полый тонкостенный вертикальный ротор 1 установлен в неподвижном корпусе 2, и опирается иглой 3 на подпятник 4 нижнего демпфера 5. В крышке 6 корпуса 2 закреплен неподвижный коллектор 7, расположенный в полости тонкостенного вертикального ротора 1, на коллекторе 7 установлены магниты 8 и 9. На полом тонкостенном вертикальном роторе 1 установлен вращающийся магнит 10 и ферромагнитный элемент 11.The magnetic support of the vertical rotor is located in a device in which a hollow thin-walled
Магнитная опора, представляющая собой систему постоянных магнитов, установленных соосно с полым тонкостенным вертикальным ротором 1, состоит из постоянных магнитов 8 и 9, закрепленных на неподвижной части устройства, между которыми установлены постоянный магнит 10 и ферромагнитный элемент 11, закрепленные на вращающейся части.The magnetic support, which is a system of permanent magnets mounted coaxially with a hollow thin-walled
Взаимное расположение магнитов и ферромагнитных элементов выбирается (или рассчитывается) таким образом, чтобы параметры магнитной опоры - нагрузка на нижнюю опору, а следовательно, момент трения, и величина бесконтактной радиальной жесткой связи были оптимальны и подчинялись требуемому закону изменения при динамических изменениях осевого положения вращающейся части.The mutual arrangement of magnets and ferromagnetic elements is selected (or calculated) so that the parameters of the magnetic support - the load on the lower support, and therefore the friction moment and the value of the contactless radial rigid coupling are optimal and obey the required law of change with dynamic changes in the axial position of the rotating part .
Например, магнитная опора расположена внутри герметичного корпуса 2 и представляет собой систему постоянных магнитов, установленных соосно с полым тонкостенным вертикальным ротором 1, в которой между закрепленными на неподвижном коллекторе 7 магнитами 8 и 9, один из которых установлен выше тонкостенного вертикального ротора 1, а другой - в его полости, расположены магнит 10 и ферромагнитный элемент 11, закрепленный на вертикальном роторе 1.For example, the magnetic support is located inside the sealed
Магниты могут быть выполнены кольцевыми.Magnets can be made ring.
Сечение магнитов может быть выполнено прямоугольным.The cross section of the magnets can be made rectangular.
Сечение магнитов может иметь произвольную форму, представляющую различные геометрические фигуры и их комбинации.The cross section of the magnets may have an arbitrary shape representing various geometric shapes and their combinations.
Магниты могут быть выполнены из материала с высокой электропроводностью.Magnets can be made of highly conductive material.
Магнитная опора может состоять из нескольких магнитов, закрепленных на неподвижной части устройства, между которыми установлено несколько магнитов, закрепленных на вращающейся части, и несколько ферромагнитных элементов.The magnetic support may consist of several magnets mounted on a fixed part of the device, between which several magnets mounted on a rotating part, and several ferromagnetic elements.
Ферромагнитный элемент может нести дополнительные функции - как механического свойства, например, механического контактного демпфера, так и электропроводного, например, электромеханического демпфера.A ferromagnetic element can carry additional functions - both of a mechanical property, for example, a mechanical contact damper, and of an electrically conductive, for example, electromechanical damper.
Ферромагнитных элементов может быть несколько.There may be several ferromagnetic elements.
Вращающаяся часть опоры может выполнять функции неподвижной части опоры и наоборот при условии сохранения центральной симметрии магнитного поля.The rotating part of the support can perform the functions of the stationary part of the support and vice versa, provided that the central symmetry of the magnetic field is maintained.
Магнитная опора работает следующим образом.Magnetic support works as follows.
Опирающийся иглой 3 на подпятник 4 полый тонкостенный вертикальный ротор 1 удерживается в вертикальном положении благодаря бесконтактной радиальной жесткой связи элементов магнитной опоры, причем бесконтактная радиальная жесткая связь создается за счет взаимодействия осесимметричного магнитного поля магнитов 8 и 9, и магнита 10 и ферромагнитного элемента 11. При этом осевая сила взаимодействия магнитов 8 и 9, магнита 10 и ферромагнитного элемента 11 частично разгружает подпятник 4 от веса ротора, уменьшая трение в опоре и износ ее элементов. Суммарная сила взаимодействия системы магнитов и системы магнит-ферромагнитный элемент обеспечивает независимость нагрузки на нижнюю опору от вертикальных перемещений элементов опоры либо требуемый закон изменения нагрузки.The hollow, thin-walled
На характерной кривой зависимости нагрузки на нижнюю опору f от осевого смещения z вращающейся части устройства относительно неподвижной части при различных соотношениях расстояний между элементами устройства наблюдается широкий участок с практически постоянным, при определенном взаимном положении элементов опоры, значением величины нагрузки на нижнюю опору. Изменяя взаимное положение элементов опоры, можно задавать закон изменения величины нагрузки на нижнюю опору f от осевого смещения z вращающейся части устройства относительно неподвижной части, а также радиальной жесткой связи.On the characteristic curve of the dependence of the load on the lower support f on the axial displacement z of the rotating part of the device relative to the fixed part, for various ratios of the distances between the elements of the device, a wide section is observed with a practically constant value, with a certain relative position of the support elements, of the load on the lower support. Changing the relative position of the support elements, you can set the law of the magnitude of the load on the lower support f from the axial displacement z of the rotating part of the device relative to the fixed part, as well as radial rigid connection.
Во время разгона ротора 1 при прохождении критических частот вращения, а также на рабочем режиме за счет нутации, остаточного дисбаланса и действия случайных внешних сил ротор 1 может совершать колебания относительно нижней опоры, а составные и длинные роторы могут быть подвержены изгибным колебаниям. В случае выполнения магнитов из материала с высокой электропроводностью усиливается эффект радиального и осевого демпфирования. Также на ферромагнитный элемент может быть нанесено покрытие с высокой электропроводностью, что может привести к эффекту радиального и осевого демпфирования за счет рассеивания возникающих вихревых токов, возникающих при различных видах колебаний.During acceleration of the
Также, по сравнению с известными магнитными опорами, повышается эффективность использования магнитов за счет более полного использования энергии магнитного потока.Also, in comparison with the known magnetic supports, the efficiency of using magnets is increased due to a more complete use of magnetic flux energy.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015100912/05A RU2593450C1 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Magnetic support of composite type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015100912/05A RU2593450C1 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Magnetic support of composite type |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2593450C1 true RU2593450C1 (en) | 2016-08-10 |
Family
ID=56613166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015100912/05A RU2593450C1 (en) | 2015-01-12 | 2015-01-12 | Magnetic support of composite type |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2593450C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3289925A (en) * | 1957-11-14 | 1966-12-06 | Degussa | Centrifugal separators |
| GB1379987A (en) * | 1971-02-26 | 1975-01-08 | Comitato Nazionale Per Lenergi | Magnetic suspension devices |
| SU1299522A3 (en) * | 1984-03-13 | 1987-03-23 | Кернфоршунгсанлаге Юлих Гмбх (Фирма) | Magnetic support for stabilizing shaft position |
| US4918345A (en) * | 1987-03-13 | 1990-04-17 | Aerospatiale Societe Nationale Industrielle | Magnetic bearing for active centering of a body movable relative to a static body with respect to at least one axis |
| RU2115481C1 (en) * | 1997-01-22 | 1998-07-20 | Центральное конструкторское бюро машиностроения | Gas centrifuge |
| RU2161538C1 (en) * | 1999-12-06 | 2001-01-10 | Центральное конструкторское бюро машиностроения | Gas centrifuge |
| RU2355478C2 (en) * | 2007-02-14 | 2009-05-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Электрохимический завод"(ОАО"ПО ЭХЗ") | Upper magnetic support of gas centrifuge rotor |
-
2015
- 2015-01-12 RU RU2015100912/05A patent/RU2593450C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3289925A (en) * | 1957-11-14 | 1966-12-06 | Degussa | Centrifugal separators |
| GB1379987A (en) * | 1971-02-26 | 1975-01-08 | Comitato Nazionale Per Lenergi | Magnetic suspension devices |
| SU1299522A3 (en) * | 1984-03-13 | 1987-03-23 | Кернфоршунгсанлаге Юлих Гмбх (Фирма) | Magnetic support for stabilizing shaft position |
| US4918345A (en) * | 1987-03-13 | 1990-04-17 | Aerospatiale Societe Nationale Industrielle | Magnetic bearing for active centering of a body movable relative to a static body with respect to at least one axis |
| RU2115481C1 (en) * | 1997-01-22 | 1998-07-20 | Центральное конструкторское бюро машиностроения | Gas centrifuge |
| RU2161538C1 (en) * | 1999-12-06 | 2001-01-10 | Центральное конструкторское бюро машиностроения | Gas centrifuge |
| RU2355478C2 (en) * | 2007-02-14 | 2009-05-20 | Открытое акционерное общество "Производственное объединение "Электрохимический завод"(ОАО"ПО ЭХЗ") | Upper magnetic support of gas centrifuge rotor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10444106B2 (en) | Balancing method for balancing at high speed a rotor of a rotary machine | |
| CN104455143B (en) | Magnetic damper with floating ring | |
| CN111033078B (en) | Eddy Current Damper | |
| CN103225669B (en) | With the Permanent-magnet bearing squeeze film damper of elastic ring | |
| CN104201935A (en) | Four-degrees-of-freedom magnetic suspension flywheel | |
| CN102303709B (en) | Large-torque magnetic suspension flywheel | |
| JP3577558B2 (en) | Flywheel equipment | |
| CN106763186A (en) | A kind of axial mixed magnetic bearing with permanent magnetism unloading force | |
| CN107607099B (en) | Magnetic suspension control sensitive gyroscope with detection and control co-location | |
| KR100701550B1 (en) | Bearingless Step Motor | |
| RU2593450C1 (en) | Magnetic support of composite type | |
| RU2540215C1 (en) | Hybrid magnetic bearing with axial control | |
| CN104313739A (en) | Method for reducing axial vibration of electric spindle of spinning machine | |
| CN101825140A (en) | Permanent magnet suspension bearing | |
| RU2638392C2 (en) | Magnetic support with additional magnetic system | |
| CN108400696A (en) | More magnet structures applied to energy acquisition and sensing | |
| CN107040082B (en) | A magnetic levitation reaction flywheel device | |
| CN103591139A (en) | Passive radial permanent magnet bearing for high-speed rotor | |
| RU2585797C1 (en) | Vertical rotor magnetic support | |
| JP2008224017A (en) | Magnetic bearing device | |
| CN101043190B (en) | Stator Embedded Electromagnetic Levitation Microsystem | |
| Kurita et al. | Basic design of the maglev pump for total artificial heart by using double stator type axial Self-bearing motor | |
| JP2016093093A (en) | Electric motor | |
| CN104454991B (en) | Self-induction magnetic bearing | |
| Kurita et al. | A study on a double stator type axial magnetically levitated motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20170622 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200113 |