Принцип рада и класификација магнетних лежајева

 

Магнетни лежајСистеми се могу поделити у три категорије према принципу рада: активни магнетни лежај, пасивни магнетни лежај и хибридни магнетни лежај.

 

Активни магнетни лежај

 

Активни магнетни лежајеви користе контролисану електромагнетну силу за левитацију ротирајућег вратила, које се углавном састоји од ротора, соленоида, сензора, контролера и појачала снаге. Соленоиди су монтирани на статор који је суспендован у магнетном пољу генерисаном електромагнетима постављеним у радијалној симетрији, од којих је сваки опремљен једним или више сензора за континуирано праћење промена у положају вратила. Сигнал који се емитује из сензора, уз помоћ електронског система управљања, коригује струју кроз електромагнет, како би се контролисала привлачност електромагнета, тако да ротирајуће вратило ради у стабилном и уравнотеженом стању и постиже одређене захтеве тачности.

 

Активни магнетни лежајеви могу се поделити на лежајеве са контролом струје и напона према различитим методама управљања, а могу се поделити на радијалне магнетне лежајеве и аксијалне магнетне лежајеве према различитим методама ослонца. Тренутно, међу активним магнетним лежајевима, најшире коришћени је једносмерно контролисани магнетни лежајев.

 

Механички део активног магнетног лежаја се генерално састоји од радијалног лежаја и аксијалног лежаја, а радијални лежај се састоји од статора (електромагнета) и ротора; Аксијални лежајеви се састоје од статора (електромагнета) и потисне плоче.

 

Пошто активни магнетни лежај има предности положаја ротора, крутост лежаја и пригушење могу се одредити контролним системом, он је најшире коришћен у области магнетне левитације, а истраживање активног магнетног лежаја је увек било у фокусу истраживања технологије магнетне левитације. Након година напорног рада, његова теорија и методе дизајна су постале све зрелије.

 

Пасивни магнетни лежај

 

Као облик магнетног лежаја, пасивни магнетни лежај има своје јединствене предности, мале је величине, не троши енергију и једноставне је структуре. Највећа разлика између пасивних магнетних лежајева и активних магнетних лежајева је у томе што први немају активни електронски систем управљања, већ користе карактеристике самог магнетног поља за левитацију ротирајуће осовине. Тренутно, најчешће коришћени пасивни магнетни лежајеви су стални магнетни лежајеви састављени од сталних магнета. Стални магнетни лежајеви могу се поделити на два типа: одбојни и усисни.

 

Пасивни лежајеви са перманентним магнетима могу се користити и као радијални лежајеви и као аксијални лежајеви, који могу бити усисни или одбојни. У зависности од правца магнетизације и релативног положаја магнетног прстена, лежајеви са перманентним магнетима имају различите структуре магнетних кола. Али постоје две основне структуре.

 

Друга врста пасивног магнетног лежаја заснива се на сили усисавања, која делује између магнетизованих меких магнетних компоненти. Када се компонента ротора креће радијално, ефекат усисавања долази од промене магнетоотпора, па се назива и „магнеторезистивни лежај“. Ова врста лежаја може бити пројектована тако да се део са сталним магнетом не окреће, већ се окреће само део од меког гвожђа, тако да систем има бољу стабилност.

 

Комбинација стабилизујућих ефеката релуктантних лежајева и активних соленоида резултира системом магнетних лежајева са минималном потрошњом енергије.

 

Хибридни магнетни лежајеви

 

Хибридни магнетни лежајеви се формирају на бази активних магнетних лежајева, пасивних магнетних лежајева и неких других помоћних носачких и стабилизационих структура - врста комбинованог система магнетних лежајева. Узима у обзир свеобухватне карактеристике активних магнетних лежајева и пасивних магнетних лежајева.

 

Хибридни магнетни лежај користи магнетно поље које генерише перманентни магнет да замени статичко магнетно поље електромагнета, што не само да може значајно смањити потрошњу енергије појачала снаге, већ и смањити број амперних обртаја електромагнета за половину, смањити запремину магнетног лежаја и побољшати носивост.

 

Пошто перманентни магнет генерише преднапоље, а електромагнет генерише контролисано магнетно поље, хибридни магнетни лежајеви са перманентним магнетом имају следеће предности:

 

1) Перманентни магнет се користи за обезбеђивање статичког магнетног поља преднапона, а електромагнет обезбеђује само контролно магнетно поље за балансирање оптерећења или спољних сметњи, што може избећи губитак снаге изазван струјом преднапона система и смањити загревање калема.

 

2) Број обртаја потребних за електромагнет хибридног магнетног лежаја је много мањи него код активног магнетног лежаја, што доприноси смањењу запремине магнетног лежаја и уштеди материјала. Ова врста лежаја има предности мале величине, мале тежине и високе ефикасности, и погодна је за минијатуризацију и примене малих димензија.