Mówiąc o łożyskach magnetycznych czy zawieszeniach bezdotykowych, nie można nie zauważyć ich niezwykłych właściwości: nie wymaga smarowania, nie ma części trących, dzięki czemu nie ma strat tarcia, wyjątkowo niski poziom drgań, duża prędkość względna, niski pobór mocy, automatyczny system kontroli i monitorowania stanu łożysk, możliwość uszczelnienia.

Wszystkie te zalety sprawiają, że łożyska magnetyczne najlepsze rozwiązania do wielu zastosowań: dla turbiny gazowe, do urządzeń kriogenicznych, w szybkich generatorach elektrycznych, do urządzenia próżniowe, do różnych maszyn i innych urządzeń, w tym wysokoprecyzyjnych i wysokoobrotowych (około 100 000 obr/min), gdzie istotny jest brak strat mechanicznych, zakłóceń i błędów.

Zasadniczo łożyska magnetyczne dzielą się na dwa typy: łożyska magnetyczne pasywne i aktywne. Produkuje się pasywne łożyska magnetyczne, ale podejście to jest dalekie od ideału, dlatego jest stosowane niezwykle rzadko. Bardziej elastyczny i szerszy możliwości techniczne otwarte z aktywnymi łożyskami, w których wytwarzane jest pole magnetyczne prądy zmienne w uzwojeniach rdzeni.

Jak działa bezkontaktowe łożysko magnetyczne?

Działanie aktywnego zawieszenia magnetycznego lub łożyska opiera się na zasadzie lewitacji elektromagnetycznej – lewitacji za pomocą pól elektrycznych i magnetycznych. Tutaj obrót wału w łożysku następuje bez fizycznego kontaktu powierzchni ze sobą. Z tego powodu smarowanie jest całkowicie wyeliminowane, ale mimo to nie występuje zużycie mechaniczne. Zwiększa to niezawodność i wydajność maszyn.

Eksperci zwracają również uwagę na znaczenie monitorowania położenia wału wirnika. System czujników stale monitoruje położenie wału i wysyła sygnały do ​​systemu automatyczne sterowanie do precyzyjnego pozycjonowania poprzez regulację pozycjonowania pole magnetyczne stojan, - siłę przyciągania po żądanej stronie wału zwiększa się lub osłabia poprzez regulację prądu wejściowego uzwojenia stojana aktywne łożyska.

Dwa stożkowe łożyska aktywne lub dwa promieniowe i jedno osiowe aktywne łożyska pozwalają na zawieszenie wirnika dosłownie w powietrzu, bez kontaktu. System sterowania gimbalem działa w sposób ciągły i może być cyfrowy lub analogowy. Zapewnia to wysoką siłę trzymania, dużą nośność oraz regulowaną sztywność i amortyzację. Ta technologia umożliwia pracę łożysk w niskich i niskich temperaturach wysokie temperatury, w próżni, przy dużych prędkościach i w warunkach podwyższonych wymagań sterylności.

Z powyższego jasno wynika, że ​​głównymi częściami aktywnego układu zawieszenia magnetycznego są: łożysko magnetyczne i układ automatyczny sterowanie elektroniczne. Elektromagnesy stale działają na wirnik różne strony, a ich działanie podlega elektronicznemu systemowi kontroli.

Wirnik promieniowego łożyska magnetycznego wyposażony jest w płytki ferromagnetyczne, na które działa podtrzymujące pole magnetyczne z cewek stojana, w wyniku czego wirnik jest zawieszony w środku stojana bez kontaktu z nim. Czujniki indukcyjne stale monitorują położenie wirnika. Wszelkie odstępstwa od prawidłowa pozycja prowadzi do pojawienia się sygnału wysyłanego do sterownika, który z kolei przywraca wirnik do żądanej pozycji. Luz promieniowy może wynosić od 0,5 do 1 mm.

W podobny sposób działa magnetyczne łożysko oporowe. Do wału tarczy oporowej przymocowane są elektromagnesy w kształcie pierścienia. Elektromagnesy znajdują się na stojanie. Czujniki osiowe znajdują się na końcach wału.

Aby niezawodnie utrzymać wirnik maszyny podczas postoju lub w momencie awarii układu trzymającego, stosuje się łożyska kulkowe zabezpieczające, które są zabezpieczone w taki sposób, że szczelina między nimi a wałem jest ustawiona na połowę szczeliny w magnesie łożysko.

System automatyczna regulacja znajduje się w szafie i odpowiada za prawidłową modulację prądu przepływającego przez elektromagnesy zgodnie z sygnałami z czujników położenia wirnika. Moc wzmacniaczy jest związana z maksymalną siłą elektromagnesów, wielkością szczeliny powietrznej i czasem reakcji układu na zmiany położenia wirnika.

Możliwości bezkontaktowych łożysk magnetycznych

Maksymalna możliwa prędkość obrotowa wirnika w promieniowym łożysku magnetycznym jest ograniczona jedynie zdolnością ferromagnetycznych płyt wirnika do przeciwstawienia się sile odśrodkowej. Typowo dopuszczalna prędkość obwodowa wynosi 200 m/s, natomiast w przypadku osiowych łożysk magnetycznych granica ta jest ograniczona wytrzymałością staliwa wzdłużnego – 350 m/s przy materiałach konwencjonalnych.

Zależy to również od zastosowanych ferromagnesów. maksymalne obciążenie, jakie wytrzyma łożysko o odpowiedniej średnicy i długości stojana łożyska. W przypadku materiałów standardowych maksymalny nacisk wynosi 0,9 N/cm2, czyli jest mniejszy niż w przypadku konwencjonalnych łożysk skośnych, jednakże utratę obciążenia można zrekompensować dużą prędkością obwodową przy zwiększonej średnicy wału.

Zużycie energii przez aktywne łożysko magnetyczne nie jest zbyt wysokie. Największe straty w łożysku powstają na skutek prądów wirowych, jest to jednak kilkadziesiąt razy mniej niż energia tracona podczas stosowania konwencjonalnych łożysk w maszynach. Wyeliminowano sprzęgła, bariery termiczne i inne urządzenia, łożyska skutecznie pracują w warunkach próżni, helu, tlenu, wody morskiej itp. Zakres temperatur wynosi od -253°C do +450°C.

Względne wady łożysk magnetycznych

Tymczasem łożyska magnetyczne mają również wady.

Przede wszystkim konieczne jest zastosowanie pomocniczych łożysk tocznych zabezpieczających, które wytrzymują maksymalnie dwie awarie, po czym należy je wymienić na nowe.

Po drugie, złożoność automatycznego systemu sterowania, który w przypadku awarii będzie wymagał skomplikowanych napraw.

Po trzecie, temperatura uzwojenia stojana łożyska przy wysokie prądy wzrasta - uzwojenia nagrzewają się i wymagają osobistego chłodzenia, najlepiej cieczy.

Wreszcie zużycie materiału łożysko bezstykowe okazuje się duża, ponieważ powierzchnia łożyska musi być duża, aby utrzymać wystarczającą siłę magnetyczną - rdzeń stojana łożyska okazuje się duży i ciężki. Plus zjawisko nasycenia magnetycznego.

Jednak pomimo widocznych niedociągnięć, łożyska magnetyczne są już szeroko stosowane, w tym w systemy optyczne wysoka precyzja i instalacje laserowe. Tak czy inaczej, od połowy ubiegłego wieku łożyska magnetyczne są cały czas udoskonalane.

Każdy wie, że magnesy mają tendencję do przyciągania metali. Ponadto jeden magnes może przyciągnąć drugi. Ale interakcja między nimi nie ogranicza się do przyciągania; mogą się odpychać. Rzecz w tym, że bieguny magnesu – w przeciwieństwie do biegunów, przyciągają się, tak jak bieguny odpychają. Ta właściwość jest podstawą wszystkich silników elektrycznych i dość mocnych.

Istnieje również coś takiego jak lewitacja pod wpływem pola magnetycznego, gdy obiekt umieszczony nad magnesem (posiadający podobny biegun) unosi się w przestrzeni. Efekt ten został zastosowany w praktyce w tzw. łożysku magnetycznym.

Co to jest łożysko magnetyczne

Urządzenie typu elektromagnetycznego, w którym obracający się wał (wirnik) jest podtrzymywany w części stacjonarnej (stojanie) siłami strumienia magnetycznego, nazywa się łożyskiem magnetycznym. Kiedy mechanizm działa, ma na niego wpływ siła fizyczna, z tendencją do przesuwania osi. Aby je przezwyciężyć, łożysko magnetyczne zostało wyposażone w system sterowania, który monitoruje obciążenie i wysyła sygnał kontrolujący siłę strumienia magnetycznego. Magnesy z kolei wywierają większą lub słabszą siłę na wirnik, utrzymując go w położeniu środkowym.

Znaleziono łożysko magnetyczne szerokie zastosowanie w przemyśle. Są to głównie potężne maszyny turbo. Ze względu na brak tarcia i, w związku z tym, potrzebę użycia smary, niezawodność maszyn wzrasta wielokrotnie. Elementy praktycznie nie wykazują zużycia. Poprawia się także jakość właściwości dynamicznych i wzrasta wydajność.

Aktywne łożyska magnetyczne

Łożysko jest magnetyczne, gdzie pole siłowe utworzone za pomocą elektromagnesów nazywa się aktywnym. Elektromagnesy pozycyjne znajdują się w stojanie łożyska, wirnik jest reprezentowany przez metalowy wał. Cały system zapewniający utrzymanie wału w zespole nazywa się aktywnym zawieszeniem magnetycznym (AMP). On ma złożona struktura i składa się z dwóch części:

• blok łożyskowy;
• elektroniczne systemy sterowania.

Podstawowe elementy AMP

• Łożysko promieniowe. Urządzenie posiadające elektromagnesy na stojanie. Trzymają rotor. Wirnik posiada specjalne płytki ferromagnetyczne. Gdy wirnik jest zawieszony w punkcie środkowym, nie ma kontaktu ze stojanem. Czujniki indukcyjne monitorują najmniejsze odchylenie położenia wirnika w przestrzeni od położenia nominalnego. Sygnały z nich kontrolują siłę magnesów w tym czy innym punkcie, aby przywrócić równowagę w systemie. Szczelina promieniowa wynosi 0,50-1,00 mm, szczelina osiowa wynosi 0,60-1,80 mm.

• Magnetyzm działa w taki sam sposób jak promieniowy. Do wału wirnika przymocowana jest tarcza oporowa, po obu stronach której na stojanie zamontowane są elektromagnesy.
• Łożyska zabezpieczające mają za zadanie utrzymać wirnik w czasie wyłączenia urządzenia lub w sytuacjach awaryjnych. Podczas pracy nie są używane pomocnicze łożyska magnetyczne. Szczelina między nimi a wałem wirnika jest o połowę mniejsza niż w przypadku łożyska magnetycznego. Elementy zabezpieczające montowane są na bazie urządzeń kulowych lub
• Elektronika sterująca obejmuje czujniki położenia wału wirnika, przetworniki i wzmacniacze. Cały system działa na zasadzie regulacji strumienia magnetycznego w każdym pojedynczym module elektromagnesu.

Pasywne łożyska magnetyczne

Łożyska magnetyczne z magnesami trwałymi to systemy utrzymujące wał wirnika, które nie wykorzystują obwodu sterującego zawierającego informacja zwrotna. Lewitacja odbywa się wyłącznie dzięki działaniu wysokoenergetycznych magnesów trwałych.

Wadą takiego zawieszenia jest konieczność stosowania ogranicznika mechanicznego, co prowadzi do powstawania tarcia i zmniejszenia niezawodności układu. Ogranicznik magnetyczny w sensie technicznym nie został jeszcze zaimplementowany w tym obwodzie. Dlatego w praktyce łożysko pasywne używany rzadko. Istnieje opatentowany model, na przykład zawieszenie Nikolaeva, które nie zostało jeszcze replikowane.

Taśma magnetyczna w łożysku koła

Termin „magnetyczny” odnosi się do systemu ASB, który jest szeroko stosowany w nowoczesne samochody. Łożysko ASB różni się tym, że ma wbudowany czujnik prędkości koła. Ten czujnik jest urządzenie aktywne, osadzony w uszczelce łożyska. Zbudowany jest w oparciu o pierścień magnetyczny, na którym naprzemiennie występują bieguny elementu odczytującego zmiany strumienia magnetycznego.

Gdy łożysko się obraca, następuje ciągła zmiana pola magnetycznego wytwarzanego przez pierścień magnetyczny. Czujnik rejestruje tę zmianę, generując sygnał. Sygnał trafia następnie do mikroprocesora. Dzięki niemu działają takie systemy jak ABS i ESP. Już poprawiają działanie auta. ESP odpowiada za elektroniczną stabilizację, ABS reguluje obrót kół, a poziom ciśnienia w układzie steruje hamulcem. Monitoruje pracę układu kierowniczego, przyspieszenie boczne, a także reguluje pracę skrzyni biegów i silnika.

Główną zaletą łożyska ASB jest możliwość kontrolowania prędkości obrotowej nawet przy bardzo niskich prędkościach. Jednocześnie poprawiono masę i wymiary piasty oraz uproszczono montaż łożysk.

Jak zrobić łożysko magnetyczne

Wykonanie prostego łożyska magnetycznego własnymi rękami nie jest trudne. Nie nadaje się do praktycznego zastosowania, ale wyraźnie pokaże możliwości siły magnetycznej. Do tego potrzebne będą cztery magnesy neodymowe o tej samej średnicy, dwa magnesy o nieco mniejszej średnicy, trzonek, na przykład kawałek plastikowej rurki i zatyczka, na przykład półlitrowy szklany słoik. Magnesy o mniejszej średnicy mocuje się na końcach rurki za pomocą gorącego kleju tak, aby wyglądała jak cewka. W środku jeden z tych magnesów jest przyklejony od zewnątrz plastikowa piłka. Identyczne bieguny muszą być skierowane na zewnątrz. Cztery magnesy o tych samych biegunach skierowanych do góry ułożono parami w odległości równej długości odcinka rurki. Rotor umieszcza się nad leżącymi magnesami i od strony, gdzie przyklejona jest plastikowa kulka, podpiera się go plastikowym słojem. Teraz łożysko magnetyczne jest gotowe.

W wielu nowoczesnych produktach elektromechanicznych i produktach technicznych łożysko magnetyczne jest głównym elementem określającym parametry techniczne i cechy ekonomiczne i wydłuża bezawaryjny okres eksploatacji. W porównaniu do tradycyjnych łożysk, łożyska magnetyczne całkowicie eliminują siłę tarcia pomiędzy częściami stacjonarnymi i ruchomymi. Obecność tej właściwości umożliwia realizację zwiększonych prędkości w projektach systemy magnetyczne. Łożyska magnetyczne wykonane są z wysokotemperaturowych materiałów nadprzewodzących, co racjonalnie wpływa na ich właściwości. Właściwości te obejmują znaczną redukcję kosztów projekty modeli systemy chłodzenia i tym podobne ważny parametr, jak długoterminowe utrzymanie łożyska magnetycznego w stanie roboczym.

Zasada działania zawieszeń magnetycznych

Zasada działania zawieszeń magnetycznych opiera się na wykorzystaniu swobodnej lewitacji, która powstaje pod wpływem pola magnetycznego i pola elektryczne. Wał obrotowy wykorzystujący takie zawieszenia, bez użycia kontaktu fizycznego, w dosłownie zawieszone w silnym polu magnetycznym. Jego prędkości względne przebiegają bez tarcia i zużycia, osiągając jednocześnie najwyższą niezawodność. Podstawowym elementem zawieszenia magnetycznego jest układ magnetyczny. Jego głównym celem jest wytworzenie pola magnetycznego o wymaganym kształcie, zapewniającego wymagane właściwości trakcyjne w obszar pracy przy pewnym kontrolnym przemieszczeniu wirnika i sztywności samego łożyska. Takie parametry łożysk magnetycznych są bezpośrednio zależne od projektu układu magnetycznego, który należy na jego podstawie opracować i obliczyć waga i rozmiar komponent - drogi kriogeniczny układ chłodzenia. Do czego zdolne jest pole elektromagnetyczne zawieszeń magnetycznych, widać wyraźnie w działaniu dziecięcej zabawki Levitron. W praktyce zawieszenia magnetyczne i elektryczne występują w dziewięciu rodzajach, różniących się zasadą działania:

• zawieszenia magnetyczne i hydrodynamiczne;
• zawieszenia działające na magnesach trwałych;
• aktywne łożyska magnetyczne;
• wieszaki na klimatyzatory;
• LC - rezonansowe typy zawieszeń;
• łożyska indukcyjne;
• zawiesiny diamagnetyczne;
• łożyska nadprzewodzące;
• zawieszenia elektrostatyczne.

Jeśli przetestujemy wszystkie tego typu zawieszenia pod kątem popularności, to w obecnych realiach wiodącą pozycję zajmują aktywne łożyska magnetyczne (AMP). Z wyglądu reprezentują one układ urządzeń mechatronicznych, w którym stabilny stan wirnika osiągany jest dzięki obecnym siłom przyciągania magnetycznego. Siły te działają na wirnik od strony elektromagnesów, prąd elektryczny w którym jest on regulowany przez automatyczny system sterowania oparty na sygnałach czujników z elektronicznej jednostki sterującej. Takie jednostki sterujące mogą wykorzystywać tradycyjny analogowy lub bardziej innowacyjny cyfrowy system przetwarzania sygnału. Aktywne łożyska magnetyczne mają doskonałe właściwości dynamiczne, niezawodność i wysoka wydajność. Wyjątkowe możliwości aktywne łożyska magnetyczne przyczyniają się do ich powszechnego przyjęcia. AMP są skutecznie stosowane na przykład w następującym sprzęcie:
- zespoły turbin gazowych;
- systemy wirników o dużej prędkości;
- silniki elektryczne;
- turboekspandery;
- inercyjne urządzenia do magazynowania energii itp.
Obecnie aktywne łożyska magnetyczne wymagają zewnętrznego źródła prądu oraz drogiego i złożonego sprzętu sterującego. NA w tej chwili Deweloperzy AMP prowadzą aktywna praca w celu stworzenia pasywnego typu łożysk magnetycznych.

Łożysko magnetyczne, podobnie jak pozostałe mechanizmy grupy łożysk, służy jako podpora obracającego się wału. Jednak w przeciwieństwie do zwykłych łożysk tocznych i ślizgowych połączenie z wałem jest mechanicznie bezkontaktowe, to znaczy wykorzystuje się zasadę lewitacji.

Klasyfikacja i zasada działania

Wykorzystując zasadę lewitacji, obracający się wał dosłownie unosi się w silnym polu magnetycznym. Pozwala kontrolować ruch wału i koordynować pracę instalacji magnetycznej złożony system czujniki, które stale monitorują stan systemu i dostarczają niezbędnych sygnałów sterujących, zmieniając siłę przyciągania z jednej lub drugiej strony.

Łożyska magnetyczne dzielą się na dwie duże grupy – aktywne i pasywne. Więcej szczegółów na temat konstrukcji każdego typu łożyska poniżej.

1. Aktywne łożyska magnetyczne.

Nazywa się je również aktywnymi zawiesinami magnetycznymi. Jak wspomniano powyżej, składają się z dwóch części - samego łożyska, a także elektronicznego układu kontroli pola magnetycznego.

1, 3 – cewki zasilające; 2 - wał Istnieją mechanizmy promieniowe i wzdłużne (w zależności od rodzaju odbieranego obciążenia), ale ich zasada działania jest taka sama. Zastosowano specjalny wirnik (zwykły wał nie będzie działał), zmodyfikowany blokami ferromagnetycznymi. Wirnik ten „wisi” w polu magnetycznym wytwarzanym przez cewki elektromagnetyczne umieszczone na stojanie, czyli wokół wału o 360 stopni, tworząc pierścień.

Pomiędzy wirnikiem a stojanem powstaje szczelina powietrzna, która umożliwia obracanie się części przy minimalnym tarciu.

Pokazany mechanizm sterowany jest przez specjalny układ elektroniczny, który za pomocą czujników stale monitoruje położenie wirnika względem cewek i przy najmniejszym przemieszczeniu dostarcza prąd sterujący do odpowiedniej cewki. Pozwala to na utrzymanie rotora w tej samej pozycji.

Obliczenia takich systemów można zbadać bardziej szczegółowo w załączonej dokumentacji.

1. Pasywne łożyska magnetyczne.

Aktywne zawieszenia magnetyczne są szeroko stosowane w przemyśle, natomiast systemy pasywne są wciąż w fazie rozwoju i testów. Jak sama nazwa wskazuje, kluczową różnicą jest brak elementów aktywnych, czyli zastosowano magnesy trwałe. Ale układ kilku magnesów trwałych jest bardzo niestabilny, tzw praktyczne zastosowanie takie systemy są nadal wątpliwe.

Poniższy schemat przedstawia w przybliżeniu zasadę działania pasywnych zawieszeń mechanicznych. Wirnik jest wyposażony magnes trwały

taki sam jak stojan, umieszczony w pierścieniu wokół wirnika. Bieguny o tej samej nazwie są umieszczone obok siebie w kierunku promieniowym, co stwarza efekt lewitacji wału. Możesz nawet złożyć taki system własnymi rękami.

Zalety

Wynika z tego, że takie łożyska są bardzo trwałe, to znaczy mają zwiększoną odporność na zużycie. Ponadto konstrukcja mechanizmu pozwala na jego zastosowanie w środowiska agresywne– wysoka/niska temperatura, agresywne środowisko powietrza. Dlatego każdy znajdzie MP większe zastosowanie w branży kosmicznej.

Wady

Niestety system też tak ma duża liczba niedociągnięcia. Należą do nich:

• Trudności w kontrolowaniu aktywnych gimbali. Wymagany jest złożony, kosztowny elektroniczny system sterowania gimbalem. Jego zastosowanie można uzasadnić jedynie w „drogich” branżach – kosmicznej i wojskowej.
• Konieczność stosowania łożysk zabezpieczających. Nagła przerwa w dostawie prądu lub awaria cewki magnetycznej może mieć katastrofalne skutki dla całości układ mechaniczny. Dlatego w celach ubezpieczeniowych stosuje się również łożyska mechaniczne wraz z magnetycznymi. Jeśli główne zawiodą, będą w stanie przejąć ładunek i uniknąć poważnych uszkodzeń.
• Nagrzewanie uzwojeń cewki. W wyniku przepływu prądu, który wytwarza pole magnetyczne, uzwojenia cewek nagrzewają się, co często jest czynnikiem niekorzystnym. Dlatego konieczne jest zastosowanie specjalnych agregatów chłodzących, co dodatkowo zwiększa koszt użytkowania gimbala.

Aplikacje

Możliwość pracy w dowolnej temperaturze, w warunkach próżni i braku smarowania pozwala na zastosowanie zawieszeń w przemyśle kosmicznym oraz w obrabiarkach przemysłu rafineryjnego. Znalazły także zastosowanie w wirówkach gazowych do wzbogacania uranu. Różne elektrownie również wykorzystują maglev w swoich elektrowniach.

Poniżej kilka ciekawe filmy na ten temat.

Uwaga!!!

Masz wyłączoną obsługę JavaScript i plików cookie!

Aby strona działała poprawnie musisz je włączyć!

Aktywne łożyska magnetyczne

Aktywne łożyska magnetyczne (AMP)
(wyprodukowane przez S2M Société de Mécanique Magnétique SA, 2, rue des Champs, F-27950 St. Marcel, Francja)

Główne obszary zastosowań aktywnych łożysk magnetycznych stanowią części maszyn przepływowych. Pozwala na to koncepcja braku oleju w sprężarkach i turborozprężarkach najwyższa niezawodność także ze względu na brak zużycia elementów maszyn. Aktywne łożyska magnetyczne (AMB) są coraz częściej stosowane w wielu gałęziach przemysłu. Aby poprawić właściwości dynamiczne, zwiększyć niezawodność i wydajność, stosuje się bezdotykowe aktywne łożyska magnetyczne.

Zasada działania łożysk magnetycznych opiera się na efekcie lewitacji w polu magnetycznym. Wał w takich łożyskach dosłownie wisi w silnym polu magnetycznym. System czujników stale monitoruje położenie wału i wysyła sygnały do ​​magnesów pozycjonujących stojana, regulując siłę przyciągania z jednej lub drugiej strony.

1 . Opis ogólny Systemy AMP

Aktywny zawieszenie magnetyczne składa się z 2 oddzielnych części:

Łożysko;

Elektroniczny system sterowania

Zawieszenie magnetyczne składa się z elektromagnesów (cewek zasilających 1 i 3), które przyciągają wirnik (2).

Komponenty AMP

1. Łożysko promieniowe

Wirnik z łożyskiem promieniowym, wyposażony w płytki ferromagnetyczne, utrzymywany jest w miejscu za pomocą pól magnetycznych wytwarzanych przez elektromagnesy umieszczone na stojanie.

Wirnik jest umieszczony w stanie zawieszonym pośrodku, bez kontaktu ze stojanem. Pozycja rotora jest kontrolowana czujniki indukcyjne. Wykrywają wszelkie odchylenia od położenia nominalnego i dostarczają sygnały sterujące prądem w elektromagnesach, aby przywrócić wirnik do jego położenia nominalnego.

4 cewki umieszczone wzdłuż osi V i W i przesunięty pod kątem 45° od osi X i Y , trzymaj wirnik pośrodku stojana. Nie ma kontaktu pomiędzy rotorem a stojanem. Luz promieniowy 0,5-1mm; luz osiowy 0,6-1,8 mm.

2. Łożysko oporowe

Łożysko oporowe działa na tej samej zasadzie. Elektromagnesy w postaci pierścienia stałego umieszczone są po obu stronach tarczy oporowej zamontowanej na wale. Elektromagnesy są przymocowane do stojana. Tarcza oporowa jest montowana na wirniku (na przykład metodą pasowania skurczowego). Czujniki położenia osiowego są zwykle umieszczone na końcach wału.

3. Pomocnicze (ubezpieczenie)

namiar

Łożyska pomocnicze służą do podparcia wirnika podczas postoju maszyny oraz w przypadku awarii układu sterowania AMS. Podczas normalnej pracy łożyska te pozostają nieruchome. Odległość między łożyskami pomocniczymi a wirnikiem jest zwykle równa połowie szczeliny powietrznej, jednak w razie potrzeby można ją zmniejszyć. Łożyska pomocnicze to głównie łożyska kulkowe ze stałym smarowaniem, ale można również zastosować inne typy łożysk, takie jak łożyska ślizgowe.

4. Elektroniczny układ sterowania

Elektroniczny układ sterowania steruje położeniem wirnika poprzez modulację prądu przepływającego przez elektromagnesy w zależności od wartości sygnału czujników położenia.

5. Elektroniczny system przetwarzania sygnały

Sygnał wysyłany przez czujnik położenia porównywany jest z sygnałem odniesienia, który odpowiada nominalnemu położeniu wirnika. Jeżeli sygnał odniesienia wynosi zero, położenie nominalne odpowiada środkowi stojana. Zmieniając sygnał odniesienia, można przesunąć położenie nominalne o połowę szczeliny powietrznej. Sygnał odchylenia jest proporcjonalny do różnicy pomiędzy położeniem nominalnym i aktualnym położeniem wirnika. Sygnał ten przekazywany jest do procesora, który z kolei wysyła sygnał korekcyjny do wzmacniacza mocy.

Stosunek sygnału wyjściowego do sygnału odchyleniaokreślona przez funkcję przenoszenia. Funkcja przenoszenia jest tak dobrana, aby jak najdokładniej utrzymać wirnik w jego położeniu nominalnym oraz aby w przypadku zakłóceń szybko i płynnie powrócić do tego położenia. Funkcja przenoszenia określa sztywność i tłumienie zawieszenia magnetycznego.

6. Wzmacniacz mocy

Urządzenie to zasila elektromagnesy łożyskowe prądem niezbędnym do wytworzenia pola magnetycznego działającego na wirnik. Moc wzmacniaczy uzależniona jest od maksymalnej siły elektromagnesu, szczeliny powietrznej oraz czasu reakcji układu automatycznego sterowania (czyli szybkości, z jaką siła ta musi zostać zmieniona w przypadku napotkania zakłóceń). Wymiary fizyczne układu elektronicznego nie mają bezpośredniego związku z masą wirnika maszyny, najprawdopodobniej są związane ze stosunkiem wskaźnika pomiędzy wielkością zakłócenia a masą wirnika. Dlatego też w przypadku dużego mechanizmu wyposażonego w stosunkowo ciężki wirnik, narażony na niewielkie zakłócenia, wystarczy niewielka obudowa. Jednocześnie mechanizm narażony na większe zakłócenia musi być wyposażony w dużą szafkę elektryczną.

2. Niektóre cechy AMP

Szczelina powietrzna

Szczelina powietrzna to przestrzeń pomiędzy wirnikiem a stojanem. Wskazana wielkość luki mi, zależy od średnicy D wirnik lub łożysko.

Z reguły stosuje się następujące wartości:

D (mm)	mi(mm)
< 100	0,3 - 0,6
100 - 1 000	0,6 - 1,0

Prędkość obrotowa

Maksymalna prędkość obrotowa promieniowego łożyska magnetycznego zależy wyłącznie od charakterystyki elektromagnetycznych płytek wirnika, a mianowicie odporności płytek na siłę odśrodkową. Przy zastosowaniu standardowych płytek można osiągnąć prędkości obwodowe do 200 m/s. Prędkość obrotowa osiowego łożyska magnetycznego jest ograniczona przez opór tarczy oporowej ze staliwa. Przy użyciu wyposażenia standardowego można osiągnąć prędkość obwodową 350 m/s.

Obciążenie AMP zależy od użytego materiału ferromagnetycznego, średnicy wirnika i długości wzdłużnej stojana zawieszenia. Maksymalne obciążenie właściwe AMP wykonane z standardowy materiał, wynosi 0,9 N/cm². To maksymalne obciążenie jest mniejsze w porównaniu do odpowiednich wartości łożysk klasycznych, jednakże wysoka dopuszczalna prędkość obwodowa pozwala na zwiększenie średnicy wału tak, aby uzyskać jak największą powierzchnię styku, a tym samym taką samą granicę obciążenia jak w przypadku łożyska klasycznego bez konieczności zwiększania jego długości.

Zużycie energii

Aktywne łożyska magnetyczne charakteryzują się bardzo niskim zużyciem energii. To zużycie energii wynika ze strat spowodowanych histerezą, prądami wirowymi (prądami Foucaulta) w łożysku (moc pobierana z wału) i stratami ciepła w powłoce elektronicznej. AMP zużywają 10-100 razy mniej energii niż klasyczne mechanizmy porównywalnych rozmiarów. Zużycie energii układ elektroniczny kontrola, która tego wymaga źródło zewnętrzne prąd jest również bardzo niski. Baterie służą do podtrzymania stanu pracy gimbala w przypadku awarii sieci - w tym przypadku włączają się automatycznie.

Warunki otoczenia

AMP można instalować bezpośrednio w środowisku pracy, całkowicie eliminując potrzebę stosowania odpowiednich złączy i urządzeń oraz przegród termoizolacyjnych. Obecnie najczęściej działają aktywne łożyska magnetyczne różne warunki: próżnia, powietrze, hel, węglowodór, tlen, woda morska i sześciofluorek uranu, a także w temperaturach od - 253° Od do + 450 ° Z.

3. Zalety łożysk magnetycznych

• Bezkontaktowy/bezpłynny
  - brak tarcia mechanicznego
  - bez oleju
  - zwiększona prędkość obwodowa
  
• Zwiększona niezawodność
  - niezawodność działania szafy sterowniczej > 52 000 godzin.
  - niezawodność eksploatacyjna łożysk EM > 200 000 godzin.
  - prawie całkowity brak konserwacji zapobiegawczej
  
• Mniejsze wymiary maszyn przepływowych
  - brak układu smarowania
  - mniejsze wymiary (P = K*L*D²*N)
  - mniejsza waga
  
• Monitorowanie
  - obciążenie łożyska
  - obciążenie turbiny
• Regulowane parametry
  - aktywny system kontroli łożyska magnetycznego
  - sztywność (zmienia się w zależności od dynamiki wirnika)
  - tłumienie (zmienia się w zależności od dynamiki wirnika)
  
• Praca bez uszczelnień (sprężarka i napęd w jednej obudowie)
  - łożyska w gazie procesowym
  - szeroki zakres temperatur pracy
  - optymalizacja dynamiki wirnika poprzez jego skrócenie

Niezaprzeczalną zaletą łożysk magnetycznych jest całkowity brak powierzchni trących, a w konsekwencji zużycie, tarcie i co najważniejsze brak odbiegania od obszar roboczy cząstek powstających podczas pracy łożysk konwencjonalnych.

Aktywne łożyska magnetyczne charakteryzują się dużą nośnością i wytrzymałością mechaniczną. Można ich używać kiedy duże prędkości w ruchu obrotowym, a także w przestrzeni pozbawionej powietrza i w różnych temperaturach.

Materiały dostarczone przez firmę „S2M”, Francja ( www.s2m.fr).