Princip činnosti a klasifikace magnetických ložisek

 

Magnetické ložiskoSystémy lze rozdělit do tří kategorií podle jejich pracovních principů: aktivní magnetické ložisko, pasivní magnetické ložisko a hybridní magnetické ložisko.

 

Aktivní magnetické ložisko

 

Aktivní magnetická ložiska využívají řiditelnou elektromagnetickou sílu k levitaci rotujícího hřídele, který se skládá hlavně z rotorů, solenoidů, senzorů, regulátorů a výkonových zesilovačů. Solenoidy jsou namontovány na statoru, který je zavěšen v magnetickém poli generovaném elektromagnety umístěnými radiálně symetricky, z nichž každý je vybaven jedním nebo více senzory pro nepřetržité sledování změn polohy hřídele. Signál ze senzoru pomocí elektronického řídicího systému koriguje proud procházející elektromagnetem tak, aby se řídila přitažlivost elektromagnetu, a rotující hřídel se tak otáčí stabilně a vyváženě a dosahuje určitých požadavků na přesnost.

 

Aktivní magnetická ložiska lze podle různých metod řízení rozdělit na ložiska s regulací proudu a napěťová ložiska a podle různých metod uložení na radiální magnetická ložiska a axiální magnetická ložiska. V současné době se mezi aktivními magnetickými ložisky nejčastěji používá magnetické ložisko s regulací stejnosměrného proudu.

 

Mechanická část aktivního magnetického ložiska se obecně skládá z radiálního ložiska a axiálního ložiska a radiální ložisko se skládá ze statoru (elektromagnetu) a rotoru; axiální ložiska se skládají ze statoru (elektromagnetu) a axiální desky.

 

Protože aktivní magnetické ložisko má výhody polohy rotoru, tuhost a tlumení ložiska lze určit řídicím systémem, stalo se nejrozšířenějším v oblasti magnetické levitace a výzkum aktivních magnetických ložisek byl vždy zaměřen na výzkum technologie magnetické levitace. Po letech tvrdé práce se jeho teorie a metody návrhu staly stále zralejšími.

 

Pasivní magnetické ložisko

 

Pasivní magnetické ložisko jako forma magnetického ložiska má své jedinečné výhody: je malé, nemá žádnou spotřebu energie a má jednoduchou konstrukci. Největší rozdíl mezi pasivními magnetickými ložisky a aktivními magnetickými ložisky spočívá v tom, že první z nich nemá aktivní elektronický řídicí systém, ale využívá vlastnosti samotného magnetického pole k levitaci rotující hřídele. V současné době jsou nejrozšířenějšími pasivními magnetickými ložisky ložiska s permanentními magnety složená z permanentních magnetů. Ložiska s permanentními magnety lze rozdělit na dva typy: odpudivé a sací.

 

Pasivní ložiska s permanentními magnety lze použít jako radiální i axiální ložiska, přičemž obě mohou být sací nebo odpudivá. V závislosti na směru magnetizace a relativní poloze magnetického kroužku mají ložiska s permanentními magnety různé struktury magnetického obvodu. Existují však dvě základní struktury.

 

Druhý typ pasivního magnetického ložiska je založen na sací síle, která působí mezi zmagnetizovanými měkkými magnetickými součástmi. Když se rotorová součástka pohybuje radiálně, sací efekt vzniká změnou magnetorezistence, proto se také nazývá „magnetorezistivní ložisko“. Tento typ ložiska může být navržen tak, aby se část s permanentním magnetem neotáčela a otáčela se pouze část z měkkého železa, čímž se systém lépe stabilizuje.

 

Kombinace stabilizačních účinků reluktančních ložisek a aktivních solenoidů vede k magnetickému ložiskovému systému s minimální spotřebou energie.

 

Hybridní magnetická ložiska

 

Hybridní magnetická ložiska jsou tvořena na základě aktivních magnetických ložisek, pasivních magnetických ložisek a některých dalších pomocných podpůrných a stabilizačních struktur - druh kombinovaného systému magnetických ložisek. Zohledňuje komplexní vlastnosti aktivních magnetických ložisek a pasivních magnetických ložisek.

 

Hybridní magnetické ložisko využívá magnetické pole generované permanentním magnetem k nahrazení statického předpětí magnetického pole elektromagnetu, což může nejen výrazně snížit spotřebu energie výkonového zesilovače, ale také snížit počet ampérových otáček elektromagnetu na polovinu, zmenšit objem magnetického ložiska a zlepšit nosnost.

 

Protože permanentní magnet generuje předpínací magnetické pole a elektromagnet generuje řízené magnetické pole, mají hybridní magnetická ložiska s permanentním magnetem následující výhody:

 

1) Permanentní magnet se používá k zajištění statického magnetického pole předpětí a elektromagnet poskytuje pouze řídicí magnetické pole pro vyrovnávání zátěže nebo vnějšího rušení, což může zabránit ztrátám výkonu způsobeným proudem předpětí systému a snížit zahřívání cívky.

 

2) Počet závitů potřebných pro elektromagnet hybridního magnetického ložiska je mnohem menší než u aktivního magnetického ložiska, což vede ke snížení objemu magnetického ložiska a úspoře materiálu. Tento typ ložiska má výhody malých rozměrů, nízké hmotnosti a vysoké účinnosti a je vhodný pro miniaturizaci a aplikace malých rozměrů.