Princip rada i klasifikacija magnetskih ležajeva

 

Magnetski ležajSustavi se mogu podijeliti u tri kategorije prema principu rada: aktivni magnetski ležaj, pasivni magnetski ležaj i hibridni magnetski ležaj.

 

Aktivni magnetski ležaj

 

Aktivni magnetski ležajevi koriste kontroliranu elektromagnetsku silu za levitaciju rotirajućeg vratila, koje se uglavnom sastoji od rotora, solenoida, senzora, kontrolera i pojačala snage. Solenoidi su montirani na stator koji je obješen u magnetskom polju generiranom elektromagnetima postavljenim u radijalnoj simetriji, od kojih je svaki opremljen s jednim ili više senzora za kontinuirano praćenje promjena u položaju vratila. Izlazni signal iz senzora, uz pomoć elektroničkog upravljačkog sustava, ispravlja struju kroz elektromagnet, kako bi se kontroliralo privlačenje elektromagneta, tako da rotirajuće vratilo radi u stabilnom i uravnoteženom stanju te postiže određene zahtjeve točnosti.

 

Aktivni magnetski ležajevi mogu se podijeliti na ležajeve s regulacijom struje i napona prema različitim metodama upravljanja, a prema različitim metodama oslanjanja mogu se podijeliti na radijalne magnetske ležajeve i aksijalne magnetske ležajeve. Trenutno se među aktivnim magnetskim ležajevima najčešće koristi ležaj s regulacijom istosmjerne struje.

 

Mehanički dio aktivnog magnetskog ležaja općenito se sastoji od radijalnog ležaja i aksijalnog ležaja, a radijalni ležaj se sastoji od statora (elektromagneta) i rotora; aksijalni ležajevi se sastoje od statora (elektromagneta) i potisne ploče.

 

Budući da aktivni magnetski ležaj ima prednosti položaja rotora, krutost ležaja i prigušenje mogu se odrediti upravljačkim sustavom, on je najčešće korišten u području magnetske levitacije, a istraživanje aktivnog magnetskog ležaja oduvijek je bilo u fokusu istraživanja tehnologije magnetske levitacije. Nakon godina napornog rada, njegova teorija i metode dizajna postale su sve zrelije.

 

Pasivni magnetski ležaj

 

Kao oblik magnetskog ležaja, pasivni magnetski ležaj ima svoje jedinstvene prednosti, male je veličine, ne troši energiju i jednostavne je strukture. Najveća razlika između pasivnih magnetskih ležajeva i aktivnih magnetskih ležajeva je u tome što prvi nemaju aktivni elektronički upravljački sustav, već koriste karakteristike samog magnetskog polja za levitaciju rotirajuće osovine. Trenutno su najčešće korišteni pasivni magnetski ležajevi ležajevi s permanentnim magnetima sastavljeni od permanentnih magneta. Ležajevi s permanentnim magnetima mogu se podijeliti u dvije vrste: odbojni i usisni.

 

Pasivni ležajevi s permanentnim magnetima mogu se koristiti i kao radijalni ležajevi i kao aksijalni ležajevi, a oba mogu biti usisna ili odbojna. Ovisno o smjeru magnetizacije i relativnom položaju magnetskog prstena, ležajevi s permanentnim magnetima imaju različite strukture magnetskih krugova. Ali postoje dvije osnovne strukture.

 

Druga vrsta pasivnog magnetskog ležaja temelji se na sili usisavanja koja djeluje između magnetiziranih mekih magnetskih komponenti. Kada se komponenta rotora radijalno pomiče, učinak usisavanja dolazi od promjene magnetootpora, pa se naziva i "magnetorezistivni ležaj". Ova vrsta ležaja može se dizajnirati tako da se dio s permanentnim magnetom ne okreće, već se okreće samo dio s mekim željezom, tako da sustav ima bolju stabilnost.

 

Kombinacija stabilizirajućih učinaka reluktantnih ležajeva i aktivnih solenoida rezultira sustavom magnetskih ležajeva s minimalnom potrošnjom energije.

 

Hibridni magnetski ležajevi

 

Hibridni magnetski ležajevi formiraju se na temelju aktivnih magnetskih ležajeva, pasivnih magnetskih ležajeva i nekih drugih pomoćnih potpornih i stabilizacijskih struktura - svojevrsni kombinirani sustav magnetskih ležajeva. Uzima u obzir sveobuhvatne karakteristike aktivnih magnetskih ležajeva i pasivnih magnetskih ležajeva.

 

Hibridni magnetski ležaj koristi magnetsko polje koje generira permanentni magnet za zamjenu statičkog magnetskog polja elektromagneta, što ne samo da može značajno smanjiti potrošnju energije pojačala snage, već i smanjiti broj ampernih zavoja elektromagneta za pola, smanjiti volumen magnetskog ležaja i poboljšati nosivost.

 

Budući da permanentni magnet generira prednaponsko magnetsko polje, a elektromagnet generira kontrolirano magnetsko polje, hibridni magnetski ležajevi s permanentnim magnetom i ofsetom imaju sljedeće prednosti:

 

1) Permanentni magnet se koristi za stvaranje statičkog magnetskog polja prednapona, a elektromagnet osigurava samo kontrolno magnetsko polje za uravnoteženje opterećenja ili vanjskih smetnji, što može izbjeći gubitak snage uzrokovan strujom prednapona sustava i smanjiti zagrijavanje zavojnice.

 

2) Broj zavoja potrebnih za elektromagnet hibridnog magnetskog ležaja je mnogo manji od broja zavoja aktivnog magnetskog ležaja, što doprinosi smanjenju volumena magnetskog ležaja i uštedi materijala. Ova vrsta ležaja ima prednosti male veličine, male težine i visoke učinkovitosti te je prikladna za minijaturizaciju i primjenu u malim dimenzijama.