Магнітний підшипник

Винахід відноситься до галузі машинобудування і може бути використаний як рухома опора при обертовому, коливальному або поступальному русі. Відомий магнітний підшипник, виконаний в вигляді рухомої та нерухомої поверхонь, між якими існує повітряний зазор, на нерухомій поверхні встановлені електромагніти, що діють на рухому поверхню, виконану з магнітного матеріалу в вигляді пакету ізольованих між собою пластин, датчики, що контролюють взаємне розташування поверхонь, і блок керування електромагнітами [1]. Описана конструкція дозволяє при зміні навантаження на підшипник в допустимих межах стабілізувати розташування рухомої поверхні відносно нерухомої. Але складність, висока вартість та знижена надійність, пов'язана енергозалежністю, не дозволяє широко застосовувати описану конструкцію в машинобудуванні. Проходження магнітного поля від електромагнітів, встановлених на нерухомій поверхні, через рухому поверхню викликає в останній електрорушійну силу і для усунення вихрових стр умів в останній, її виконують як пакет ізольованих пластин. Це також ускладнює конструкцію і підвищує її габарити. Відомий магнітний підшипник, що має в своєму складі рухому і нерухому поверхні, між якими виконано зазор, причому обидві поверхні виконані з постійних магнітів, що мають зустрічне намагнічення, яким забезпечується взаємне відштовхування [2]. Описаний підшипник не має в своєму складі автоматичної системи керування, простий в виконанні. Його дія основана на відштовхуванні однойменних магнітних полюсів. Але ряд недоліків суттєво обмежують його практичне використання. Так описаний підшипник забезпечує стійку рівновагу тільки в радіальному напрямку. В осьовому напрямку рівновага є нестійкою. Нестійкою є рівновага і в системі, що містить два таких підшипника, в яких виконано зустрічний зсув зовнішньої поверхні відносно внутрішньої, тому що сила, що виникає при втягуванні внутрішньої поверхні в зовнішню зменшується, а при витягуванні збільшується. Тобто при випадковому виведенні з рівноваги в системі виникає сила, яка направлена в бік зсуву і збільшує цей зсув. Винахід, що пропонується, дозволяє підвищити стійкість системи. Поставлена задача вирішується тим, що в відомому магнітному підшипнику, що містить рухому і нерухому поверхні обертання з радіальним зазором між ними, і магнітні системи в формі втулок з постійних магнітів з радіальним намагніченням на обох поверхнях в зустрічному напрямку, розташованих парами з осьовим проміжком між парами, згідно з запропонованим винаходом, основні втулки рухомої поверхні розташовані всередині втулок нерухомої поверхні симетрично центрам осьового розміру, в осьовому проміжку на рухомій поверхні встановлені дві додаткові втулки, що намагнічені як і основні, і мають осьові проміжки з основними втулками, що дорівнюють 2...5 розмірам радіального зазору, а в осьовому проміжку на нерухомій поверхні встановлені дві додаткові втулки, що мають круговий напрямок намагнічення без осьового проміжку з основними втулками. Розташування основних втулок рухомої поверхні симетрично центрам осьового розміру основних втулок нерухомої поверхні дозволяє в певному діапазоні осьових зсувів забезпечити байдужу рівновагу. Розташування на рухомій поверхні додаткових втулок, що намагнічені так, як і основні, дозволяє надати осьовій рівновазі стійкість. Це основане на тому, що при зближенні торців зустрічно намагнічених втулок зусилля відштовхування зростає, забезпечуючи повертання системи в точку рівноваги. Розташування в осьовому проміжку на нерухомій поверхні додаткових втулок з круговим напрямком намагнічення перешкоджає виникненню радіальної нерівноваженості при взаємодії додаткових втулок рухомої поверхні. Таким чином, запропоноване технічне рішення дозволяє забезпечити стійку рівновагу магнітного підшипника як в радіальному, так і в осьовому напрямках. Запропонований винахід пояснюється кресленням, на якому наведено осьовий розтин магнітного підшипника. На нерухомій поверхні встановлені втулки 1 і 2, виконані з магнітного матеріалу і намагнічені в радіальному напрямку. Між втулками 1 і 2 є осьовий проміжок, в якому розташовані дві додаткові втулки 3 і 4, намагнічені в окружному напрямку. На рухомій поверхні розташовані основні втулки 5 і 6, виконані з магнітного матеріалу і намагнічені в радіальному напрямку назустріч намагніченню втулок 1 і 2. Між втулками 5 і 6 виконано осьовий проміжок, в якому розташовані дві додаткові втулки 7 і 8, намагнічені, як іосновні втулки 5 і 6 в радіальному напрямку. Після закріплення втулок на певних поверхнях і наступної зборки підшипник діє наступним чином. Втулки 5 і 6, розміщені всередині втулок 1 і 2, як і в прототипі, забезпечують сприйняття радіальних навантажень в стійкому режимі рівноваги, тому що збільшення радіальної сили направлено назустріч радіальному зсуву і перешкоджає цьому зсуву. В осьовому напрямку втулки 5 і 6 знаходяться всередині втулок 1 і 2 в режимі байдужої рівноваги. Введення в конструкцію підшипника втулок 7 і 8 переводить систему з байдужої до стійкої рівноваги, завдяки тому, що осьові сили відштовхування втулок 1 і 7, а також втулок 2 і 8 збільшуються при зменшенні осьового зазору. Тобто різниця сил, що виникає, направлена проти зсуву р ухомої поверхні в осьовому напрямку. Відомо, що при переході магнітної силової лінії з одного середовища до іншого незмінним для обох середовищ залишається нормальна складова вектора магнітної індукції та тангенціальна складова вектора напруженості магнітного поля. Силові лінії від втулок 1 і 2, що мають радіальне намагнічення, з'єднуючи внутрішню і зовнішню циліндричні поверхні, частково проходять через додаткові втулки 3 і 4, що мають окружне намагнічення. Таким чином, частині магнітного потоку втулок 1 і 2, не змінюючи величини нормальної складової вектора магнітної індукції, надається тангенціальна складова, що перешкоджає виникненню радіальної неврівноваженості при взаємодії втулок 1-7 і 2-8. Завдяки наявності кругової складової, силові лінії втулок 1 і 2, направлені в бік осьового проміжку, формують потенційні "лійки", в яких втулки 7 і 8, а з ними і вся рухома поверхня, центрується як в осьовому, так і в радіальному напрямках. При виготовленні втулок із матеріалу "неодим-залізо-бор" запропонована конструкція здатна при радіальному зазорі 0,2...0,5мм сприймати навантаження до 5·10 Па, які можна зрівняти з гідростатичними, практично не зношується, не розмагнічується під час роботи, не потребує змащування, чинить мінімальний опір обертальному руху. Запропонований підшипник, завдяки переліченим перевагам перед прототипом і аналогами, може бути використаний, в першу чергу, як опора обертання в відповідальних механізмах, що працюють з великими кутовими швидкостями: різні турбіни, турбокомпресори, турбодетандери, відцентрові насоси, центрифуги та ін. Джерела інформації, взяті до уваги при складанні заявки: 1."Применение магнитных подшипников в компресорах большой мощности". Цинтихимнефтемаш, Москва 1990г., С. 5, рис. 2-3. 2." Постоянные магниты". М; "Энергия", 1980г., С. 158, рис. 2-22, 2-23.