Конструкции подшипников. 
Магнитные опоры станков

Мировой практикой разработано и испытано большое число конструктивных вариантов АМП. Однако нет оснований полагать, что существует конструкция, которая была бы пригодна для всех без исключения приложений. При создании конкретных устройств всегда имеется возможность для отыскания новых конструктивных решений. Вместе с тем разработаны конструкции (назовем их классическими), которые с успехом используются в большинстве. Рассмотрим эти конструкции.

Рисунок 3.1 — Конструктивные варианты радиального подшипника: а — с поперечным направлением потока; в — с продольным направлением потока.

Радиальный подшипник. В зависимости от направления магнитного потока в теле ротора относительно его продольной оси возможны два конструктивных варианта радиального АМП: с поперечным направлением потока (рисунок. 3.1, а); с продольным направлением потока (рисунок. 3.1, б).

Подшипники с поперечным направлением потока более просты в изготовлении и имеют меньшие продольные размеры. Для уменьшения потерь на вихревые токи статор и магнитоактивная часть ротора (цапфа) выполняются шихтованными. Данный тип подшипников является классическим и получил наиболее широкое применение.

В подшипниках с продольным направлением потока нет необходимости, чтобы ротор был шихтованным. Такие подшипники применяются главным образом тогда, когда ротор должен быть цельнометаллическим (например, в условиях глубокого вакуума).

Конструктивная схема классического радиального АМП представлена на рисунке 3.2. Подшипник содержит силовую часть, измерительную часть и страховочный (аварийный) подшипник. Силовая часть служит для восприятия нагрузок в радиальных направлениях и состоит из статора и укрепленной на валу 1 цапфы 6. Цапфа расположена внутри статора с радиальным зазором б. Статор состоит из многополюсного кольцевого шихтованного пакета железа4 и обмоток полюсов 5. Цапфа представляет собой пакет железа в форме полого цилиндра. Пакеты статора и цапфы набираются обычно из листовой электротехнической стали толщиной 0,1−0,5 мм.

Чтобы вызвать силу в любом радиальном направлении, статор должен иметь не менее трех пар полюсов. Обычно используется восьми полюсная конструкция (четыре пары полюсов), в которой обмотки каждых двух соседних полюсов соединяются между собой и вместе с этими полюсами образуют электромагнит. В результате статор содержит четыре электромагнита: два из них удерживают цапфу по оси Ох. два других — по оси Оу. Очевидно, что восьмиполюсная конструкция более удобна при решении задачи управления, чем шестиполюсная. В случае больших подшипников целесообразно использовать большее число полюсов — 16, 24, 32 — это позволит уменьшить габаритные размеры подшипника. Для уменьшения потерь на гистерезис соседние полюса соседних электромагнитов имеют одинаковую полярность.

Измерительная часть подшипника содержит датчики перемещений ротора в радиальных направлениях О_х и О_у. По принципу действия датчики могут быть индуктивными, индукционными (вихревыми), емкостными и оптическими. Чаще других используются индуктивные датчики. Такой датчик состоит из статора 3 и укрепленного на валу мерительного кольца 2, конструкции которых аналогичны конструкциям силового статора и цапфы соответственно. Разница состоит лишь в значительно меньшей толщине пакетов железа и большем числе полюсов и обмоток.

Страховочный подшипник 7 может быть либо шарикоподшипником, либо подшипником скольжения. Он служит для двух целей: опирания ротора при отключенном АМН и обеспечения выбега ротора кратковременно или до полной остановки в случае аварийного отказа АМН. Зазор в страховочном подшипнике обычно равен половине рабочего зазора в АМП. Шарикоподшипник может закрепляться как на валу, так и в корпусе машины. Подшипник скольжения содержит вкладыш, выполненный из графита, бронзы, фторопласта, тефлона.

Радиально-упорный АМН имеет коническую расточку статора и коническую цапфу; в остальном его конструкция аналогична рассмотренной конструкции радиального АМП.

Осевой подшипник. Осевой АМП двустороннего действия (рисунок 3.3) содержит укрепленный на валу 1 сплошной (нешихтованный) ферромагнитный диск 2, расположенный между двумя кольцевыми электромагнитами 3 и 6 с обмотками 4 и 5. Для измерения осевых перемещений ротора служит датчик 7. При действии на ротор значительной постоянной осевой нагрузки (например, силы тяжести) можно использовать осевой АМП одностороннего действия, имеющий один электромагнит.

Рисунок 3.3 — Конструктивная схема осевого АМП