Активний магнітний підшипник

Всім відомо, що магніти мають властивість притягувати метали. Також один магніт може притягти іншого. Але взаємодія між ними не обмежена лише тяжінням, вони можуть відштовхувати один одного. Справа в полюси магніту – різнойменні полюси притягуються, а однойменні – відштовхуються. Це властивість покладено в основу всіх електродвигунів, і досить потужні. Також існує таке поняття, як левітація під дією магнітного поля, коли поміщений над магнітом предмет (що має подібний з ним полюс) зависає у просторі. Цей ефект був застосований на практиці в так званому магнітному підшипнику.

Що являє собою магнітний підшипник

Пристрій електромагнітного типу, в якому обертається вал (ротор) підтримується в нерухомій частини (статорі) силами магнітного потоку, називається підшипником магнітним. Коли механізм знаходиться в роботі, на нього впливають фізичні сили, які прагнуть змістити вісь. Щоб їх подолати, магнітний підшипник оснастили системою контролю, яка стежить за навантаженням і подає сигнал керування силою магнітного потоку. Магніти, у свою чергу, сильніше або слабкіше впливає на ротор, зберігаючи його в центральному положенні. Магнітний підшипник знайшов широке застосування в промисловості. Це в основному потужні турбомашини. Завдяки відсутності тертя і, відповідно, необхідності застосовувати мастильні матеріали, у багато разів підвищується надійність машин. Знос вузлів практично не спостерігається. Також підвищується якість динамічних характеристик і зростає ККД.

Активні магнітні підшипники

Підшипник магнітний, де силове поле створюється за допомогою електромагнітів, називається активним. Електромагніти позиційні розташовані в статорі підшипника, ротор представлений металевим валом. Вся система, що забезпечує утримання вала в агрегаті, називається активним магнітним підвісом (АМП). Він має складну будову і складається з двох частин:

блоку підшипників;

системи електронного управління.

Основні елементи АМП

Підшипник радіальний. Пристрій, який має електромагніти на статорі. Вони утримують ротор. На роторі є спеціальні пластини з ферромагнита. При підвішуванні ротора в середній точці відсутній контакт зі статором. Індуктивні датчики відстежують найменше відхилення положення ротора в просторі від номінального. Сигнали від них керують силою магнітів в тій чи іншій точці для відновлення рівноваги в системі. Радіальний Зазор становить 050-100 мм, осьової – 060-180 мм.

Магнітний підшипник упорний працює таким же чином, як і радіальний. На валу ротора закріплений упорний диск, по обидві сторони якого розташовуються електромагніти, закріплені на статорі.

Підшипники страхувальні призначені для утримання ротора, коли пристрій знаходиться у вимкненому стані або в аварійних ситуаціях. У процесі роботи допоміжні магнітні підшипники не задіяні. Зазор між ними і валом ротора в два рази менше, ніж у магнітного підшипника. Страхувальні елементи зібрані на базі кулькових пристроїв або підшипників ковзання.

Електроніка управління включає в себе датчики положення вала ротора, перетворювачі і підсилювачі. Вся система працює за принципом регулювання магнітного потоку в кожному окремому модулі електромагніту.

Пасивні підшипники магнітного типу

Магнітні підшипники на постійних магнітах – це системи утримання валу ротора, в яких не використовується схема управління, що включає зворотний зв'язок. Левітація здійснюється тільки за рахунок сил високоенергетичних постійних магнітів.
Недоліком такого підвісу є необхідність використання механічного упору, що призводить до утворення тертя і зниження надійності системи. Магнітний упор в технічному сенсі ще не реалізований у цій схемі. Тому на практиці пасивний підшипник застосовують нечасто. Є запатентована модель, наприклад підвіс Миколаєва, яку поки не вдалося повторити.

Магнітна стрічка в ступичном підшипнику

Поняття "магнітний ступичний підшипник" відноситься до системи ASB, яка широко використовується в сучасних автомобілях. Підшипник ASB відрізняється тим, що всередині має вбудований датчик швидкості обертання колеса. Цей датчик є активним пристроєм, впровадженим у прокладку підшипника. Він побудований на базі магнітного кільця, на якому чергуються полюси елемента, що зчитує зміна магнітного потоку. Коли підшипник обертається, відбувається постійна зміна магнітного поля, створюваного магнітним кільцем. Датчик проводить реєстрацію цього зміни, формуючи сигнал. Далі сигнал потрапляє в мікропроцесор. Завдяки ньому працюють такі системи, як ABS і ESP. Вже вони коригують роботу автомобіля. ESP відповідає за електронну стабілізацію, ABS регулює обертання коліс, рівень тиску в системі – гальмівний. Він стежить за роботою рульової системи, прискоренням в бічному напрямку, а також коригує роботу трансмісії і двигуна. Головним плюсом підшипника ASB є можливість контролювати швидкість обертання навіть при дуже низьких обертах. При цьому масогабаритні показники маточини поліпшуються, монтаж підшипника спрощується.

Як зробити підшипник магнітний

Найпростіший магнітний підшипник своїми руками зробити нескладно. Він не підійде для практичного застосування, зате наочно покаже можливості магнітної сили. Для цього знадобляться чотири неодимових магнітів одного діаметру, два магніти трохи меншого діаметру, вал, наприклад відрізок пластикової трубки, і наголос, наприклад скляна півлітрова банка. Магніти меншого діаметру з допомогою термоклея кріплять до торців трубки таким чином, щоб вийшла як би котушка. Посередині одного з цих магнітів зовні приклеюють пластиковий кульку. Однакові полюси повинні дивитися назовні. Чотири магніту такими ж полюсами вгору розкладають попарно на відстані довжини відрізка трубки. Ротор розташовують над лежачими магнітами і з того боку, де приклеєний пластиковий кулька, підпирають його пластиковою банкою. Ось магнітний підшипник і готовий.