RU70605U1

RU70605U1 - MAGNETIC RING BEARING

Info

Publication number: RU70605U1
Application number: RU2007136744/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Дмитриевич Дудышев; Михаил Юрьевич Щербаков
Original assignee: Валерий Дмитриевич Дудышев; Михаил Юрьевич Щербаков
Priority date: 2007-10-03
Filing date: 2007-10-03
Publication date: 2008-01-27

Abstract

Полезная модель относится к бесконтакным магнитным подшипникам Технический результат-упрощение конструкции и повышение надежности и долговечности подшипника, обеспечение высоких скоростей его вращения Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что известный подшипник, содержащий корпус, вал вращения, статор и ротор, расположенные с рабочим воздушным зазором друг относительно друга, причем статор вставлен жестко в корпус, а его ротор жестко соединен с валом вращения, проходящим через торцовые отверстия в корпусе, снабженные вспомогательными подшипниками, отличается от прототипа тем, что статор и ротор подшипника выполнены в виде кольцевых постоянных магнитов, с осевой намагниченностью, причем магнит ротора размещен концентрично внутри магнита статора, с их разноименными магнитными полюсами навстречу друг другу, с равномерным воздушным зазором, в котором размещен вспомогательный радиальный подшипник скольжения, причем на торцевых поверхностях магнита ротора и внутренних торцевых поверхностях корпуса и в торцевых отверстиях корпуса размещены дополнительные подшипники скольжения.The invention relates to non-contact magnetic bearings. The technical result is to simplify the design and increase the reliability and durability of the bearing, to ensure high speeds of rotation. The specified technical result when implementing the utility model is achieved by the known bearing comprising a housing, a rotation shaft, a stator and a rotor located working air gap relative to each other, and the stator is rigidly inserted into the housing, and its rotor is rigidly connected to the shaft of rotation passing through the end the apertures in the housing, equipped with auxiliary bearings, differs from the prototype in that the stator and rotor of the bearing are made in the form of ring permanent magnets with axial magnetization, the rotor magnet being placed concentrically inside the stator magnet, with their opposite magnetic poles facing each other, with uniform air the gap in which the auxiliary radial plain bearing is located, moreover, on the end surfaces of the rotor magnet and the inner end surfaces of the housing and in the end holes s body placed additional bearings.

Description

Полезная модель относится к бесконтактным подшипникам, в а конкретнее, к магнитным подшипникам. Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является электрическая машина с магнитным подвесом ротора, содержащая корпус, вал, статор и ротор, расположенные с рабочим воздушным зазором друг относительно друга. (Авт. свид. СССР №1372494, МКИ Н02К 7/09, Б. №5, 1988 г.), принятое за прототип.The invention relates to non-contact bearings, and more particularly to magnetic bearings. The closest device of the same purpose to the claimed utility model in terms of features is an electric machine with a magnetic rotor suspension containing a housing, a shaft, a stator and a rotor located with a working air gap relative to each other. (Auth. Certificate. USSR No. 1372494, MKI N02K 7/09, B. No. 5, 1988), adopted as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в прототипе для выполнения функции магнитного подвеса ротора использованы источник электроэнергии, и электромагниты, содержащие сложные обмотки и магнитопроводы.For reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the known device adopted for the prototype, the prototype uses an electric power source and electromagnets containing complex windings and magnetic cores to perform the function of magnetic suspension of the rotor.

Сущность предлагаемой полезной модели магнитного кольцевого подшипника заключается в использовании эффекта самоцентровки кольцевых постоянных магнитов посредством магнитных сил притяжения разноименных полюсов постоянных магнитов без применения электромагнитов и вспомогательных источников электроэнергии. Поставленная цель и технический результат-упрощение конструкции известного электромагнитного подшипника, повышение надежности, долговечности, устранение источника электроэнергии.The essence of the proposed useful model of a magnetic ring bearing consists in using the self-centering effect of ring permanent magnets by means of magnetic forces of attraction of opposite poles of permanent magnets without the use of electromagnets and auxiliary sources of electricity. The goal and technical result is to simplify the design of the known electromagnetic bearing, increase reliability, durability, eliminate the source of electricity.

Указанный технический результат данной полезной модели достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус, вал вращения, статор и ротор, расположенные с рабочим воздушным зазором друг относительно друга, причем статор вставлен жестко в корпус, а его ротор жестко соединен с валом вращения, проходящим через торцовые отверстия в корпусе, снабженные вспомогательными подшипниками, отличающийся тем, что статор и ротор подшипника выполнены в виде кольцевых постоянных магнитов, с осевой намагниченностью, причем магнит ротора размещен концентрично внутри магнита статора, с их разноименными магнитными полюсами навстречу друг другу, с равномерным воздушным зазором, в котором размещен вспомогательный радиальный подшипник скольжения, причем на торцевых поверхностях магнита ротора и внутренних торцевых поверхностях корпуса и в торцевых отверстиях корпуса размещены дополнительные подшипники скольжения.The specified technical result of this utility model is achieved by the fact that in the known device comprising a housing, a rotation shaft, a stator and a rotor located with a working air gap relative to each other, the stator being rigidly inserted into the housing and its rotor rigidly connected to the rotation shaft passing through end openings in the housing provided with auxiliary bearings, characterized in that the stator and rotor of the bearing are made in the form of annular permanent magnets, with axial magnetization, the rotor magnet being placed it concentrically inside the stator magnet, with their opposite magnetic poles facing each other, with a uniform air gap in which the auxiliary radial sliding bearing is placed, and additional sliding bearings are placed on the end surfaces of the rotor magnet and the inner end surfaces of the housing and in the end openings of the housing.

ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИDESCRIPTION OF THE USER MODEL

На рис.1 упрощенно изображена конструкция полезная модель -магнитный кольцевой подшипник во фронтальном разрезе. На рис.2 данное устройство показано в торцевом Fig. 1 simplifies the design of a utility model - a magnetic ring bearing in a frontal section. In Fig. 2, this device is shown in the end

разрезе по плоскости А-А (вид сверху). Н рис.3 показана вспомогательный торцевой подшипник скольжения с валом.section along the plane AA (top view). Fig. 3 shows an auxiliary mechanical plain bearing with a shaft.

Корпус магнитного подшипника - сборный цилиндрический и состоит из дух половинок 1, 2 причем 1-.левая половина цилиндрического корпуса из немагнитного материала и 2. правая половина цилиндрического корпуса из немагнитного материала. В корпус вставлен статорный кольцевой магнит 3 с осевой намагниченностью, в него концентрично вставлен роторный кольцевой магнит 4 с осевой намагниченностью, разноименными полюсами навстречу магнитным полюсам статорного магнита(на притягивание).The housing of the magnetic bearing is prefabricated cylindrical and consists of the spirit of halves 1, 2, with 1 being the left half of the cylindrical housing of non-magnetic material and 2. the right half of the cylindrical housing of non-magnetic material. A stator ring magnet 3 with axial magnetization is inserted into the housing, a rotor ring magnet 4 with axial magnetization, opposite poles towards the magnetic poles of the stator magnet (to attract) is concentrically inserted into it.

На внутреннюю поверхность статорного кольцевого магнит 3 и на наружную поверхность роторного магнита 4 одеты пластмассовые кольца 5, 6 например, из фторопласта, образующие в паре радиальный подшипник скольжения. Причем в этом демонстрационном варианте конструкции магнитного подшипника есть также и два вспомогательных осевых торцевых подшипника скольжения, образованных фторопластовыми втулками 7, 8-, вставленных в корпусах 1, 2. и двумя 9, 10 фторопластовьми дисками на торцах магнита 4 ротора Магнит 4 ротора имеет посадочное отверстие в виде прямоугольника (квадрата) и насажен жестко на вал 11 через промежуточную соединительную муфту 12 прямоугольного сечения тех же размеров. Корпуса 1, 2 магнитного подшипника имеет фланцы 14-17 с отверстиями 18, посредством которых конструкция такого бесконтактного подшипника после размещения внутри него - концентрично - постоянных магнитов 3.4, соединительной муфты 12 и подшипников скольжения - втулок 7, 8, окончательно собирается в единую надежную конструкцию.On the inner surface of the stator annular magnet 3 and on the outer surface of the rotor magnet 4 are worn plastic rings 5, 6, for example, of fluoroplastic, forming a radial plain bearing in pair. Moreover, in this demo- the hole is in the form of a rectangle (square) and is mounted rigidly on the shaft 11 through an intermediate connecting sleeve 12 of rectangular cross section of the same size. Cases 1, 2 of the magnetic bearing have flanges 14-17 with holes 18, through which the design of such a contactless bearing after placing concentrically permanent magnets 3.4, the coupling 12 and sliding bearings - bushings 7, 8 is finally assembled into a single reliable design .

Вначале собирают конструкцию магнитного подшипника, а затем, поле соединения его вала с иным устройством, полезно используют его в различных механизмах с вращением валов, например, в электродвигателяхFirst, the design of the magnetic bearing is assembled, and then, the field of connection of its shaft with another device, it is useful to use it in various mechanisms with rotation of the shafts, for example, in electric motors

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Благодаря явлению магнитной самоцентровки двух кольцевых магнитов 3.4 статора и ротора кольцевой магнит 4 ротора уже автоматически центруется и левитирует внутри внутреннего кольца магнита 3, в рабочем зазоре между ними. При таком взаимном расположении этих магнитов возникает взаимное притяжение кольцевых магнитов 3,4 по всему периметру их рабочих поверхностей, обращенных навстречу друг другу. Как следствие, магнитные силы притяжения этих кольцевых магнитов 3.4 уравновешивают силу гравитации и динамические осевые и радиальные нагрузки на валу 11 подшипника и вал 11 вращения свободно парит в воздухе Радиальный подшипник скольжения, образованный пластмассовыми кольцами 5,6 и два торцевых осевых подшипника Due to the phenomenon of magnetic self-centering of two ring magnets 3.4 of the stator and rotor, the ring magnet 4 of the rotor is already automatically centered and levitates inside the inner ring of magnet 3, in the working gap between them. With such a mutual arrangement of these magnets, a mutual attraction of the ring magnets 3,4 occurs around the entire perimeter of their working surfaces facing each other. As a result, the magnetic forces of attraction of these ring magnets 3.4 balance the force of gravity and dynamic axial and radial loads on the bearing shaft 11 and the rotation shaft 11 freely soars in the air. A radial plain bearing formed by plastic rings of 5.6 and two end axial bearings

скольжения, образованных втулками 7,8 и торцевыми дисками 9,10 предохраняют магниты подшипника от пиковых динамических нагрузок и в нормальных режимах его работы могут вообще не соприкасаться.Slides formed by bushings 7.8 and end disks 9.10 protect the magnets of the bearing from peak dynamic loads and in normal conditions of its operation may not touch at all.

В результате такого самоцентрующегося концентричного магнитного подвеса кольцевого магнита ротора внутри магнитного кольца 3 статора вал 11 такого магнитного подшипника практически полностью разгружен от механических статических и динамических нагрузок и от трения. Таким образом, такой магнитный подшипник обеспечивает эффективную бесконтактную магнитную компенсацию радиальных и осевых динамических и статических нагрузок на валу 11.As a result of such a self-centering concentric magnetic suspension of the rotor ring magnet inside the stator magnetic ring 3, the shaft 11 of such a magnetic bearing is almost completely unloaded from mechanical static and dynamic loads and from friction. Thus, such a magnetic bearing provides effective contactless magnetic compensation of radial and axial dynamic and static loads on the shaft 11.

Это свойство самоцентровки двух кольцевых магнитов, использованное в данном подшипнике, наряду с простотой конструкции и определяет его долговечность, высокие скоростные качества и надежность в работе. Магнитные и иные материалы, их размеры и рабочие зазоры такого подшипника выбирают исходя из типоразмера подшипника, его условий работы, в частности в зависимости от рабочего диапазона статических и динамических нагрузок на валу 11, температуры и иных параметров окружающей среды. При изготовлении и применении таких магнитных подшипников на повышенные скорости вращения, превышающие 100 тысяч оборотов в минуту, предъявляются повышенные требования к точности изготовления магнитных колец подшипников с микронным допусков в отклонении от идеальных полых цилиндров, в частности, по строгим допускам по отклонениям от идеальной окружности их боковых поверхностей.This property of the self-centering of two ring magnets used in this bearing, along with the simplicity of design, determines its durability, high speed qualities and reliability in operation. Magnetic and other materials, their sizes and working clearances of such a bearing are selected based on the size of the bearing, its operating conditions, in particular depending on the operating range of static and dynamic loads on the shaft 11, temperature and other environmental parameters. In the manufacture and use of such magnetic bearings for increased rotational speeds exceeding 100 thousand revolutions per minute, increased demands are placed on the precision of manufacturing magnetic bearing rings with micron tolerances in deviation from ideal hollow cylinders, in particular, according to strict tolerances for deviations from their ideal circle side surfaces.

Claims

A magnetic ring bearing comprising a housing, a rotation shaft, a stator and a rotor located with a working air gap relative to each other, the stator being rigidly inserted into the housing and its rotor rigidly connected to the rotation shaft passing through the end holes in the housing provided with auxiliary bearings, characterized in that the stator and rotor of the bearing are made in the form of annular permanent magnets with axial magnetization, the rotor magnet being placed concentrically inside the stator magnet, with their opposite magnetic poles towards each other, with a uniform air gap in which the auxiliary radial sliding bearing is placed, and additional sliding bearings are placed on the end surfaces of the rotor magnet and the inner end surfaces of the housing and in the end openings of the housing.