CC BY
24УДК 621.822.6
КИНЕМАТИКА РОТОРА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ-МАХОВИКА В ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ОПОРАХ
М. В. Поляков, Г. Н. Гладышев, В. П. Лянзбург
АО «Научно-производственный центр «Полюс» Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Кирова, 56в. E-mail: [email protected]
Рассмотрено геометрическое проектирование устройства арретирования и страховочных опор ротора двигателя-маховика с электромагнитными подшипниками. Определены зоны допустимых перемещений ротора и связанные с ними требуемые зазоры в страховочных опорах.
Ключевые слова: устройство арретирования, страховочные опоры, магнитный подвес, электродвигатель-маховик.
ROTOR KINEMATICS OFMAGNETIC BEARING REACTION WHEEL
M.V. Polyakov, G.N. Gladyshev, V.P. Lyanzburg
SC "Scientific&Industrial Centre "Polyus" 56v, Kirov Av., Tomsk, 634041, Russian Federation. E-mail: [email protected]
The paper presents the results of geometrical designing launch-lock apparatus and emergency bearings of electromagnetic bearing reaction wheel. The range of permissible rotor displacements and required clearance in emergency bearings is determined.
Keywords: launch-lock apparatus, emergency bearings, magnetic bearing, reaction wheel.
Ротор-маховик электродвигателя-маховика (ЭДМ), поддерживаемый в бесконтактном положении с помощью активной системы магнитного подвеса, имеет шесть степеней свободы. Вращение ротора-маховика вокруг оси Z (рис. 1) обеспечивается электродвигателем, а управление его поступательными перемеще-ниямивдоль осей X, Y, Z и поворотами вокруг осей X и Y - системой электромагнитных опор (ЭМО), состоящей из двух радиальных и двух осевых электромагнитных подшипников. В процессе работы системы управления ЭМО неизбежны ошибки, вызывающие линейные и угловые смещения ротора-маховика от его номинального положения. Вследствие данных флуктуаций для обеспечения нормальной работы системы магнитного подвеса между ротором-маховиком и статорными элементами предусмотрены гарантированные радиальные зазоры 51, 52, 55 и осевые зазоры 5э, 84.
Для исключения возможности контакта вращающегося ротора-маховика и неподвижных статорных элементов, расположенных на корпусе, используются страховочные опоры, обеспечивающие удержание вращающегося ротора-маховика при аварийном отключении электропитания ЭМО. Особенность их конструкции - совмещение с устройством арретирования, фиксирующим ротор-маховик относительно корпуса при отключенном напряжении питания ЭМО и воздействии внешних механических нагрузок [1; 2]. Страховочные опоры размещены на валу-фиксаторе, имеющем возможность реверсивно перемещаться в осевом направлении на расстояние ±8ф (рис. 1), обеспечивая либо жесткую механическую фиксацию ро-
тора-маховика относительно корпуса ЭДМ, либо его бесконтактную левитацию.
Для обеспечения штатного функционирования системы магнитного подвеса и исключения возможности механического контакта ротора-маховика со статорами активных устройств ЭМО необходимо определить требуемое осевое перемещение вала-фиксатора ±8ф.
Требуемый зазор ±8ф определяется зоной возможных перемещений ротора-маховика, а именно: радиальными и осевыми зазорами в активных устройствах ЭМО, расстояниями между данными устройствами и геометрической конфигурацией контактных поверхностей ротора-маховика и вала-фиксатора. По общим рекомендациям, возможные перемещения ротора-маховика не должны превышать половины зазоров в активных частях ЭМО.
Простейшим случаем перемещения ротора-маховика является его линейное смещение в осевом Д1 и радиальном ДХ (либо ДУ) направлении, как показано на рис. 2. Данные максимальные смещения равны соответствующим зазорам 83 и 81.
Следующим случаем смещения ротора-маховика от номинального положения (рис. 3) является его поворот относительно оси Х (или У). Максимальный угол поворота ум определяется касанием ротора-маховика со статорным элементом, расположенным на наибольшем расстоянии от геометрического центра ротора-маховика. Такими элементами в рассматриваемой конструкции являются статоры датчика положения ротора и датчика углового положения ротора.
Фешетневские чтения. 2015
Рис. 1. Схема двигателя-маховика с электромагнитными опорами: 1 - маховик; 2, 3 - ротор и статор датчика положения ротора; 4, 5 - ротор и статор радиальной электромагнитной опоры; 6, 7 - статор и ротор осевой электромагнитной опоры; 8 - датчики осевого зазора; 9 - датчики радиального зазора; 10,11 - статор и ротор датчика углового положения ротора; 12 - страховочные подшипники;13 - вал-фиксатор
Рис. 2. Схема линейных перемещений ротора-маховика: а - арретированное номинальное положение; б - разарретированное номинальное положение; в - радиальное 61 и осевое 5з смещение ротора-маховика
Рис. 3. Схема угловых перемещений ротора-маховика
Третий вариант перемещений - комбинированный, когда ротор-маховик одновременно осуществляет линейное и угловое смещение. Здесь определение зоны перемещений ротора-маховика осуществляется при различных соотношениях его линейных и угловых смещений аналогично рассмотренным выше случаям.
В результате разработана методика определения зоны допустимых перемещений ротора-маховика, устанавливающая зависимости между перемещением вала-фиксатора ±6ф, зазорами в активных устройствах системы магнитного подвеса 61-б5 и расстояниями между данными устройствами Ь1-Ъ3. Использование данной методики позволяет определить оптимальный
зазор 8ф, обеспечивающий штатное функционирование системы магнитного подвеса в разарретирован-ном состоянии и исключающий возможность механического контакта вращающегося ротора-маховика со статорными элементами, расположенными на корпусе ЭДМ.
Библиографические ссылки
1. Поляков М. В., Гладышев Г. Н. Устройство ар-ретирования ротора электродвигателя-маховика с магнитным подвесом // Решетневские чтения : материалы XVIII Междунар. науч. конф., посвящ. 90-летию со дня рождения генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решетнева (11-14 нояб. 2014 г., г. Красноярск) : в 3 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2014. Ч. 1. С. 505-507.
2. Поляков М. В., Гладышев Г. Н., Лянзбург В. П. Страховочные опоры и устройство арретирования ротора двигателя-маховика в магнитном подвесе // Электронные и электромеханические системы и устройства : тез. докл. XIX науч.-техн. конф. (Томск,
16-17 апр. 2015 г.) / АО «НПЦ «Полюс». Томск, 2015. С. 215-217.
References
1. Polyakov M. V., Gladyshev G. N. Launch-lock apparatus for rotor of magnetic bearing reaction wheel. Reshetnevskie chteniya : materialy XVIII Mezdunar. nauch. konf. [Proc. of theXVIII-th Int. scientific conf. «Reshetnev's Readings»]. Krasnoyarsk, 2014, Vol. 1, pp. 505-507. (In Russ.)
2. Polyakov M. V., Gladyshev G. N. Emergency bearings and launch-lock apparatus for rotor of magnetic bearing reaction wheel [Strahovochnye opory i ustroystvo arretirovaniya rotora dvigatelya-mahovika v magnitnom podvese]. Elektronnye i elektromehanicheskie sistemy i ustroistva: XIX nauch.-tehn. konf. [Proc. of theXIX-th Sci.-techn. conf. «Electronic and electromechanical systems and apparatuses»]. Tomsk, 2015, pp. 215-217. (In Russ.)
© Поляков М. В., Гладышев Г. Н., Лянзбург В. П., 2015
УДК 621.313.29
ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С МАГНИТНЫМ ТОРМОЗОМ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ
Н. И. Пономарева, Т. М. Гриднева, П. А. Алексанов
АО «Научно-производственный центр «Полюс» Российская Федерация, 634050, г. Томск, просп. Кирова, 56в. E-mail: [email protected]
Отражены исследования характеристик вентильного двигателя с магнитным тормозом. В представленном двигателе магнитная система тормоза совмещена с магнитной системой электродвигателя, т. е. маг-нитопровод статора состоит из двух частей, одна из которых представляет собой пакет из листов электротехнической стали, вторая - пакет из листов викаллоя. Для создания основного и тормозного магнитного потока используется единый индуктор с магнитами.
Ключевые слова: вентильный двигатель, магнитный тормоз, викаллой, тормозной момент.
AC ELECTRONIC MOTOR WITH A MAGNET BRAKE AND ITS CHARACTERISTICS N. I. Ponomareva, T. M. Gridneva, P. A. Aleksanov
SC "Scientific&Industrial Centre "Polyus" 56v, Kirov Av., Tomsk, 634041, Russian Federation. E-mail: [email protected]
This article is dedicated to research of AC electronic motor characteristics with a magnet brake. This motor has an integrated brake's magnet system with a motor's magnet system, that is core-lamination stack consists of two parts: first is package of steel sheets, second - package of vikalloy sheets. To generate magnet flux of motor and brake a single inductor with magnets is used.
Keywords: AC electronic motor, a magnet brake, vikalloy, braking torque.
Для обеспечения самоторможения привода вращения рамки подвеса применяется магнитный тормоз, который выполнен в виде отдельной магнитной системы, расположенный соосно с вентильным двигателем в едином корпусе. Принцип его действия основан на взаимодействии магнитного поля вращающегося ин-
дуктора с неподвижным статором, изготовленным из магнитотвердого материала викаллой типа 52К11Ф [1].
С целью улучшения массогабаритных показателей вентильного двигателя магнитный тормоз совмещен с магнитной системой путем добавления листов сплава 52К11Ф в пакет магнитопровода статора (рис. 1).
