Подшипник на электромагнитной подвеске

(51) 16 32/04 (2006.01) 04 29/048 (2006.01) 04 29/058 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ электромагнитами, в котором ротор выполнен из проницаемого материала, внешний корпус с размещенным в нем статором, внутренний корпус,установленный на внутренней поверхности ротора и регулятор тока, для регулирования количества тока и направления тока электромагнитов с целью регулирования величины электромагнитной силы и полярности. Кроме того, ротор установлен в статоре, а электромагниты установлены в чередующемся порядке. При этом электромагниты имеют пятиугольную форму электромагнитов и каждый из них снабжен обмоткой подмагничивания. Кроме того электромагниты статора и ротора установлены в чередующемся порядке таким образом, что при работе устройства создается вращающееся магнитное поле на основе принципа отталкивания,тем самым уравновешивая магнитную силу электромагнитов на статоре и роторе и образуется необходимый зазор между ними. В результате этого предотвращается случайное отклонение магнитного потока и повышается конструкционная прочность подшипника путем соответствующего регулирования распределения магнитного потока. Кроме того, в настоящем изобретении обеспечивается поддержание каждого электромагнита статора и ротора точно в среднем положении для их взаимодействия,что предотвращает смещение магнитной силой, когда электромагнит ротора и статора чередуются.(74) Русакова Нина Васильевна Жукова Галина Алексеевна(54) ПОДШИПНИК НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ПОДВЕСКЕ(57) Настоящее изобретение относится к подшипнику на электромагнитной подвеске(подушке). В настоящем изобретении раскрывается подшипник на электромагнитной подвеске, который включает несколько отдельных электромагнитов,статор с размещенными в нем несколькими отдельными электромагнитами, в котором статор выполнен из проницаемого материала, ротор,окруженный несколькими отдельными 23720 Настоящее изобретение относится к подшипнику на электромагнитной подвеске (подушке). В настоящее время на практике используют различные подшипники, при этом насчитывается более 10000 видов подшипников при их детальной классификации в зависимости от сферы применения и их назначения. Исходя из назначения и способа движения,подшипники могут быть классифицированы на роликовые подшипники и подшипники скольжения, при этом оба вида имеют свои преимущества и недостатки. При сравнении двух видов подшипников очевидно, что роликовые подшипники обладают преимуществом ввиду их более низкого трения,более упрощенной смазки,способности выдерживать радиальные и осевые нагрузки,сравнительно более высокой перегрузочной способности и их применимости в сочетании с вращающимися валами, в результате чего требуется более низкий начальный момент вращения и меньшее пространство по длине при надлежащем выборе диаметра вала. С другой стороны,недостатками роликов подшипников являются их высокая цена, высокий уровень шума при эксплуатации, необходимость создания радиального зазора большего размера, непродолжительный срок эксплуатации и более низкая способность выдерживать вибрации, что приводит к их разрушению и, в конечном счете, может привести к повреждению всего механизма. При этом следует отметить, что подшипники скольжения предназначены для высоких нагрузок,низкой рабочей скорости и для применения в ударных машинах, в то время как роликовые подшипники в основном используются в условиях низких нагрузок и высокой рабочей скорости, и они находят применение в прецизионных и неударных машинах. Тем не менее, оба вида подшипников имеют свои ограничения. Например, проблема трения характерна для обоих подшипников, и при этом трение приводит не только к потерям энергии,но и к повышению температуры, в результате чего происходит деформирование механизма. Вследствие этого снижается точность изготавливаемых изделий и даже имеет место повреждение оборудования. При увеличении скорости возникают более серьезные проблемы. Для решения проблемы трения используют соответствующую смазку для снижения сопротивления трению, но смазывающие вещества приводят к загрязнению окружающей зоны и, более того,негативно воздействуют на работу подшипника. Во всех отношениях, известные подшипники с контактными рабочими поверхностями практически не позволяют устранить силы трения, при этом взаимный фрикционный контакт элементов в механизме приводит к образованию порошкообразных частиц при контакте поверхностей, которые распространяются в воздухе и создают неблагоприятные внешние условия,неприемлемые для отрасли высоких технологий. Для решения проблемы трения основное 2 направление разработок заключается в создании типа бесконтактного подшипника. На существующем рынке бесконтактные подшипники могут быть в основном подразделены на три следующие категории 1. Воздушный подшипник его недостаток заключается в том, что он приводит к снижению рабочей точности при нерегулируемом увеличении нагрузки, кроме того, низкая прочность не позволяет ему выдержать более высокие нагрузки. 2. Гидродинамический подшипник его преимущество заключается в высокой прочности,позволяющей ему выдержать более высокие нагрузки, и низкой стоимости изготовления, однако высокое жидкостное демпфирование и подверженность воздействию температур снижают его рабочую точность. 3. Подшипник магнитного отталкивания (на магнитной подушке) указанный вид рассматривается как наиболее приемлемый для бесконтактных подшипников. Принцип его работы основан на магнитной силе. Сила магнитной подвески,создаваемая магнитным полем,обеспечивает подвешивание вращающегося вала и исключает контакт между статором и ротором. По сравнению с другими бесконтактными типами подшипников подшипник магнитного отталкивания (на магнитной подушке) имеет ряд ярко выраженных преимуществ, а именно 1. Отсутствие вращательной демпфирующей силы, скорость вращения вала выше по сравнению со скоростью вала, установленного в подшипниках других типов. 2. Отсутствие необходимости в применении сложных операций смазки или пневматических устройств. 3. Длительный срок службы позволяет сократить расходы на техническое обслуживание,4. Отсутствие сопротивления трению и шума способствует снижению уровня шума и поддержанию чистоты в границах работающих установок. 5. Применимы для работы в условиях исключительно низких температур или глубокого вакуума, например, в космическом пространстве. 6. Гарантированная высокая механическая прочность способствует эффективному устранению вибрации в процессе работы. Несмотря на то, что подшипники на магнитной подушке обладают многочисленными преимуществами, приведенными выше, они до сих пор обладают рядом присущих им недостатков, а именно 1. Сопротивление обмоток подмагничивания на электромагните приводит к выделению тепла при протекании через них тока возбуждения, что приводит к потере энергии. 2. Низкая магнитная индукция. 3. Сильная неэффективная дивергенция 23720 Исходя из указанных недостатков подшипника магнитного отталкивания (на магнитной подушке),существует острая необходимость в его усовершенствовании. Наиболее близким аналогом заявленному изобретению является известная из международной заявки 2006122448 от 23.11.2006 магнитная основа (подшипник на магнитной подвеске),содержащая несколько отдельных электромагнитов,статор, с размещенными в нем несколькими отдельными электромагнитами, ротор, окруженный несколькими отдельными электромагнитами,внешний корпус, внутренний корпус, при этом ротор установлен в статоре, а электромагниты устанавливаются в чередующем порядке. Недостатками этого изобретения являются случайное отклонение магнитного потока и смещение каждого электромагнита статора и ротора от среднего положения магнитной силой, когда электромагнит ротора и статора чередуются. Задачей настоящего изобретения является усовершенствование электромагнита для регулирования магнитной силы и полюса электромагнита, чтобы обеспечить более широкое применение настоящего изобретения. Основной целью настоящего изобретения является создание подшипника на электромагнитной подвеске, в котором ротор и статор снабжены несколькими отдельными пятиугольными электромагнитами(магнитное железо), размещенными в чередующемся порядке, с целью обеспечения уравновешивания электромагнитной силы электромагнитов, благодаря чему они удерживаются в стабильном положении без произвольного смещения. Другой целью настоящего изобретения является придание электромагнитам конфигурации в виде одного пятиугольного блока с целью предотвращения случайной дивергенции магнитного потока и с целью повышения конструкционной прочности подшипника путем соответствующего регулирования распределения магнитного потока. Дополнительной целью настоящего изобретения является включение в конструкцию регулятора тока для регулирования количества тока и направления течения тока и, в конечном счете, для регулирования величины электромагнитной силы и полярности, тем самым создавая однородную силу,воздействующую на ротор для повышения магнитной индукции. Путем регулирования установки подшипника на электромагнитной подвеске в оптимальном положении предотвращается смещение ротора с его оптимальной траектории движения. Еще одной целью настоящего изобретения является предотвращение соударения статора и ротора, приводящего к потере кинетической энергии при работе подшипника на электромагнитной подвеске, с целью повышения скорости вращения вала. В соответствии с особенностью настоящего изобретения указанные и другие цели настоящего изобретения достигаются путем создания нескольких отдельных электромагнитов пятиугольной формы (элементы из магнитного железа), при этом каждый электромагнит снабжен обмоткой подмагничивания статора, в котором установлено несколько отдельных электромагнитов,при этом статор, выполненный из проницаемого материала, изготовлен в виде пустотелого кольцеобразного статора ротора, окруженного несколькими отдельными электромагнитами, при этом ротор, выполненный из проницаемого материала, изготовлен в виде пустотелого кольцеобразного ротора внешнего корпуса, в котором размещен статор, при этом статор выполнен из проницаемого материала для изолирования магнетизма магнитного поля,индукции, намагниченности внутреннего корпуса,установленного внутри ротора, выполненного из проницаемого материала для изолирования магнетизма и регулятора тока для регулирования количества тока и направления тока с целью регулирования величины электромагнитной силы и полярности. Ротор и статор соединены вместе, и электромагниты пятиугольной формы ротора и статора расположены в чередующемся порядка с целью генерирования электрической отталкивающей силы, индуцирующей вращающееся магнитное поле, тем самым уравновешивая магнетизм между электромагнитами ротора и статора. В результате этого электромагниты стабильно зафиксированы в надлежащем положении без смещения. При перемещении статора и ротора относительно друг друга между пересекающимися статором и ротором образуется зазор соответственно в их верхней и нижней части, при этом размер зазора меньше размера зазора,образующимся между пересекающимися электромагнитами статора и ротора. При работе ротора с перегрузкой происходит соударение верхней и нижней частей статора и ротора с целью предотвращения взаимного столкновения соответствующих электромагнитов статора и ротора, и, кроме того, магнетизм электромагнитов изолируется путем размещения проницаемого статора и проницаемого ротора в во внешнем корпусе и внутреннем корпусе. Ввиду того,что отдельные имеющие пятиугольную форму электромагниты расположены один за другим в горизонтальной и вертикальной плоскости обеспечивается эффективное снижения дивергенции магнитного потока, что способствует надлежащему распределению магнитного потока и повышению жесткости конструкции. Использование проволоки из сверхпроводящего материала для создания обмотки подмагничивания позволяет достичь практически нулевого сопротивления, что существенно повышает допустимую нагрузку по току обмотки подмагничивания. Настоящее изобретение обладает рядом явных преимуществ во всех отношениях, а именно 3 23720 1. Несколько отдельных пятиугольных магнитов,расположенных в чередующемся порядке в статоре и роторе,обеспечивают уравновешивание магнитной силы между ними, что в свою очередь способствует надежной фиксации электромагнитов в требуемом положении без смещения в процессе работы. 2. Требуемый зазор достигается за счет силы электрического отталкивания между электромагнитами статора и ротора,расположенными в чередующемся порядке в направлении вверх и вниз. Зазор, образованный между верхней и нижней частями пересекающихся статора и ротора, меньше зазора, образованного между пересекающими электромагнитами статора и ротора. При работе ротора с перегрузкой происходит соударение верхней и нижней частей статора и ротора с целью предотвращения взаимного столкновения соответствующих электромагнитов статора и ротора. 3. Отдельные пятиугольные электромагниты расположены один за другим в горизонтальном и вертикальном положении на статоре и роторе, при этом максимальная магнитная сила возникает на концах соответствующих электромагнитов статора и ротора, в результате чего повышается жесткость за счет улучшения распределения магнитного потока. 4. Регулятор тока регулирует количества тока и направления течения тока и, в конечном счете, регулирует величину электромагнитной силы и полярность, тем самым создавая однородную силу, воздействующую на ротор, и повышая магнитную индукцию, при этом регулируется установка подшипника в оптимальное положение с целью предотвращения смещения ротора с его оптимальной траектории движения. 5. Электрическую силу отталкивания используют для поддержания ротора таким образом,чтобы обеспечивалось вращение ротора при низкой инерционности, но без трения и шума, в результате чего обеспечивается работа при исключительно высоких скоростях вращения. Краткое описание чертежей Фиг. 1 - покомпонентное изображение статора и ротора в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 2 - увеличенное покомпонентное изображение статора и ротора в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 3 - вид в сборе статора и ротора в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 4 - вид в разрезе статора и ротора в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 4-1 - иллюстративный вид, показывающий распределение магнитной силы статора и ротора в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 5 - вид в перспективе настоящего изобретения. На всех чертежах на Фиг.1 - Фиг.5 проиллюстрирован подшипник на электромагнитной подвеске в соответствии с настоящим изобретением, содержащий в основном следующие составные элементы 4- несколько отдельных,имеющих пятиугольную форму электромагнитов 3, при этом каждый снабжен обмоткой подмагничивания 31- статор 1 с размещенными в нем несколькими отдельными электромагнитами 2, в котором статору 1, выполненному из проницаемого материала, придана пустотелая кольцеобразная форма путем размещения электромагнитов 3 друг на друге- ротор 2,окруженный несколькими отдельными электромагнитами 3, в котором ротору 2, выполненному из проницаемого материала,придана пустотелая кольцеобразная форма путем размещения электромагнитов 3 друг на друге- внешний корпус 4, вмещающий статор 1,выполненный из проницаемого материала для изолирования магнетизма- внутренний корпус 5, выполненный из проницаемого материала для изолирования магнетизма и установленный на внутренней поверхности стенки ротора 2 и- регулятор тока 6, для регулирования количества тока и направления тока, генерируемого электромагнитами 3 с целью регулирования величины электромагнитной силы и полярности. Ротор 2 установлен в полости статора 1 и образует с ним связанную конструкцию. Единичные пятиугольной формы электромагниты 3 статора 1 и ротора 2 расположены в чередующемся порядке для создания вращающегося магнитного поля на основе принципа электрического отталкивания, тем самым уравновешивая магнитную силу электромагнитов 3 на статоре 1 и роторе 2 и образуя надлежащий зазор между ними. Благодаря этому обеспечивается стабильное удерживание электромагнитов 3 в положении без смещения. При взаимном относительном перемещении статора 1 и ротора 2 между верхней частью ротора 2 и нижней частью статора 1 образуется зазор. Размер зазора меньше зазора,образующегося между двумя электромагнитами 3. При перегрузке ротора 2 происходит соударение соответствующих верхней и нижней частей статора 1 и ротора 2 с целью предотвращения взаимного столкновения соседних электромагнитов 3. Отдельные имеющие пятиугольную форму электромагниты 3 расположены один за другим в горизонтальной и вертикальной плоскости с целью снижения дивергенции магнитного потока и повышения его распределения, тем самым повышая жесткость электромагнитов 3. Как внешний корпус 4, так и внутренний корпус 5, выполненные из проницаемого материала, при этом первый предназначен для размещения в нем статора 1, и последний устанавливают на поверхности внутренней стенки ротора 2 соответственно для изолирования магнетизма. Как показано на Фиг. 4-1, предпочтительный угол, образуемый смежными электромагнитами 3 на статоре 1 и роторе 2, составляет 45, либо может составлять 30 и т.д. Поверхности а ивзаимно отталкиваются, и поверхности с итакже взаимно отталкиваются, в результате чего обеспечивается 23720 точное удерживание электромагнитов 3 статора 1 в центральном положении при взаимодействии без смещения при вращении ротора 2. В качестве проводника тока обмоток подмагничивания 31 на электромагните 3 может быть использован сверхпроводящий материал с целью достижения состояния нулевого сопротивления, тем самым существенно повышая допустимую нагрузку по току. При работе подшипника на электромагнитной подвеске в соответствии с настоящим изобретением используют регулятор тока 6 для генерирования постоянного или переменного тока и для пропускания тока по обмоткам подмагничивания 31 с целью регулирования величины магнитодвижущей силы и полярности электромагнита 3 и придания вращения ротору 2. Станина (рама) 7 служит для создания неподвижной опоры всей конструкции в соответствии с настоящим изобретением. Когда в положении, в котором установлен электромагнит 3 статора 1, проявляется полярность, соответствующий электромагнит 3 ротора 2 также должен иметь полярность , при этом в таком положении он окружен проницаемым материалом для изолирования магнетизма. Зазор образуется за счет отталкивания в положении, в котором статор 1 и ротор 2 пересекаются и оба имеют полярность . Вращающийся вал, соединенный с подшипником на электромагнитной подвеске в соответствии с настоящим изобретением, вращается без трения и шума и потребляет меньше энергии. Полярность электромагнита 3 может быть изменена с помощью регулятора тока 6. Максимальная интенсивность магнитной силы возникает в верхнем положении, в котором пересекаются электромагниты 3 статора 1 и ротора 2. Несмотря на то, что описание изобретения было приведено со ссылками на иллюстративные примеры осуществления, очевидно, что изобретение не ограничено раскрытыми примерами осуществления настоящего изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что в изобретение охватывает многочисленные изменения и аналогичные конструкции. Таким образом, следует дать наиболее широкое толкование объему прилагаемой формулы изобретения с целью охвата всех изменений и аналогичных конструкций. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Подшипник на электромагнитной подвеске,включающий несколько отдельных электромагнитов статор с размещенными в нем несколькими отдельными электромагнитами, в котором статор выполнен из проницаемого материала ротор, окруженный несколькими отдельными электромагнитами, в котором ротор выполнен из проницаемого материала внешний корпус с размещенным в нем статором внутренний корпус,установленный на внутренней поверхности ротора и регулятор тока, для регулирования количества тока и направления тока электромагнитов с целью регулирования величины электромагнитной силы и полярности при этом ротор установлен в статоре, а электромагниты установлены в чередующемся порядке,отличающийся тем, что электромагниты имеют пятиугольную форму и каждый из них снабжен обмоткой подмагничивания,при этом электромагниты статора и ротора установлены в чередующемся порядке таким образом, что при работе устройства создается вращающееся магнитное поле на основе принципа отталкивания, тем самым уравновешивая магнитную силу электромагнитов на статоре и роторе и образуется необходимый зазор между ними. 2. Подшипник по п.1, в котором проводник тока обмоток подмагничивания на электромагнитах выполнен из сверхпроводящего материала. 3. Подшипник по п.1, в котором статор выполнен в виде пустотелого кольцеобразного статора. 4. Подшипник по п.1, в котором ротор выполнен в виде пустотелого кольцеобразного ротора. 5. Подшипник по п.1, в котором регулятор тока обеспечивает электропитание постоянным током. 6. Подшипник по п.1, в котором регулятор тока обеспечивает электропитание переменным током.