Princíp činnosti a klasifikácia magnetických ložísk

 

Magnetické ložiskoSystémy možno rozdeliť do troch kategórií podľa ich princípu fungovania: aktívne magnetické ložisko, pasívne magnetické ložisko a hybridné magnetické ložisko.

 

Aktívne magnetické ložisko

 

Aktívne magnetické ložiská využívajú ovládateľnú elektromagnetickú silu na levitáciu rotujúceho hriadeľa, ktorý sa skladá hlavne z rotorov, solenoidov, senzorov, regulátorov a výkonových zosilňovačov. Solenoidy sú namontované na statore, ktorý je zavesený v magnetickom poli generovanom elektromagnetmi umiestnenými v radiálnej symetrii, pričom každý z nich je vybavený jedným alebo viacerými senzormi na nepretržité monitorovanie zmien polohy hriadeľa. Signál zo senzora pomocou elektronického riadiaceho systému koriguje prúd pretekajúci elektromagnetom tak, aby sa riadila príťažlivosť elektromagnetu, a rotujúci hriadeľ sa otáčal v stabilnom a vyváženom stave a dosahoval určité požiadavky na presnosť.

 

Aktívne magnetické ložiská možno rozdeliť na ložiská s reguláciou prúdu a napätia podľa rôznych metód riadenia a podľa rôznych metód podopretia ich možno rozdeliť na radiálne magnetické ložiská a axiálne magnetické ložiská. V súčasnosti sa medzi aktívnymi magnetickými ložiskami najpoužívanejšie používa magnetické ložisko s reguláciou jednosmerným prúdom.

 

Mechanická časť aktívneho magnetického ložiska sa vo všeobecnosti skladá z radiálneho ložiska a axiálneho ložiska a radiálne ložisko sa skladá zo statora (elektromagnetu) a rotora; Axiálne ložiská pozostávajú zo statora (elektromagnetu) a axiálnej dosky.

 

Pretože aktívne magnetické ložisko má výhody polohy rotora, tuhosť a tlmenie ložiska je možné určiť riadiacim systémom, je najpoužívanejšie v oblasti magnetickej levitácie a výskum aktívnych magnetických ložísk bol vždy zameraný na výskum technológie magnetickej levitácie. Po rokoch tvrdej práce sa jeho teória a metódy návrhu stali čoraz zrelšími.

 

Pasívne magnetické ložisko

 

Pasívne magnetické ložisko ako forma magnetického ložiska má svoje jedinečné výhody: je malé, nemá žiadnu spotrebu energie a má jednoduchú konštrukciu. Najväčší rozdiel medzi pasívnymi magnetickými ložiskami a aktívnymi magnetickými ložiskami spočíva v tom, že prvé nemajú aktívny elektronický riadiaci systém, ale využívajú vlastnosti samotného magnetického poľa na levitáciu rotujúceho hriadeľa. V súčasnosti sú najpoužívanejšími pasívnymi magnetickými ložiskami ložiská s permanentnými magnetmi zložené z permanentných magnetov. Ložiská s permanentnými magnetmi možno rozdeliť na dva typy: odpudzovacie a sacie.

 

Pasívne ložiská s permanentnými magnetmi sa môžu používať ako radiálne ložiská aj ako axiálne ložiská (axiálne ložiská), pričom obe môžu byť sacie alebo odpudivé. V závislosti od smeru magnetizácie a relatívnej polohy magnetického krúžku majú ložiská s permanentnými magnetmi rôzne štruktúry magnetického obvodu. Existujú však dve základné štruktúry.

 

Druhý typ pasívneho magnetického ložiska je založený na sacej sile, ktorá pôsobí medzi zmagnetizovanými mäkkými magnetickými komponentmi. Keď sa rotorová komponenta pohybuje radiálne, sací efekt pochádza zo zmeny magnetorezistencie, preto sa nazýva aj „magnetorezistívne ložisko“. Tento typ ložiska môže byť navrhnutý tak, aby sa časť s permanentným magnetom neotáčala a otáčala sa iba časť z mäkkého železa, čím sa systém zabezpečí lepšia stabilita.

 

Kombinácia stabilizačných účinkov reluktančných ložísk a aktívnych solenoidov vedie k systému magnetických ložísk s minimálnou spotrebou energie.

 

Hybridné magnetické ložiská

 

Hybridné magnetické ložiská sú vytvorené na báze aktívnych magnetických ložísk, pasívnych magnetických ložísk a niektorých ďalších pomocných podporných a stabilizačných štruktúr - druh kombinovaného systému magnetických ložísk. Zohľadňuje komplexné charakteristiky aktívnych magnetických ložísk a pasívnych magnetických ložísk.

 

Hybridné magnetické ložisko využíva magnetické pole generované permanentným magnetom na nahradenie statického predpätia magnetického poľa elektromagnetu, čo môže nielen výrazne znížiť spotrebu energie výkonového zosilňovača, ale aj znížiť počet ampérových otáčok elektromagnetu na polovicu, znížiť objem magnetického ložiska a zlepšiť nosnosť.

 

Keďže permanentný magnet generuje predpínacie magnetické pole a elektromagnet generuje riadené magnetické pole, majú hybridné magnetické ložiská s ofsetom a permanentným magnetom nasledujúce výhody:

 

1) Permanentný magnet sa používa na vytvorenie statického magnetického poľa a elektromagnet poskytuje iba riadiace magnetické pole na vyvažovanie záťaže alebo vonkajšieho rušenia, čo môže zabrániť strate výkonu spôsobenej prúdom predpätia systému a znížiť ohrev cievky.

 

2) Počet závitov potrebných pre elektromagnet hybridného magnetického ložiska je oveľa menší ako počet závitov aktívneho magnetického ložiska, čo vedie k zníženiu objemu magnetického ložiska a úspore materiálu. Tento typ ložiska má výhody malej veľkosti, nízkej hmotnosti a vysokej účinnosti a je vhodný pre miniaturizáciu a aplikácie malých rozmerov.