Princip rada i klasifikacija magnetnih ležajeva

 

Magnetni ležajSistemi se mogu podijeliti u tri kategorije prema principu rada: aktivni magnetni ležaj, pasivni magnetni ležaj i hibridni magnetni ležaj.

 

Aktivni magnetni ležaj

 

Aktivni magnetni ležajevi koriste kontrolisanu elektromagnetnu silu za levitaciju rotirajućeg vratila, koje se uglavnom sastoji od rotora, solenoida, senzora, kontrolera i pojačala snage. Solenoidi su montirani na stator koji je ovješen u magnetnom polju generisanom elektromagnetima postavljenim u radijalnoj simetriji, od kojih je svaki opremljen jednim ili više senzora za kontinuirano praćenje promjena u položaju vratila. Izlazni signal iz senzora, uz pomoć elektronskog kontrolnog sistema, koriguje struju kroz elektromagnet, kako bi se kontrolisalo privlačenje elektromagneta, tako da rotirajuće vratilo radi u stabilnom i uravnoteženom stanju i postiže određene zahtjeve tačnosti.

 

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

 

Mehanički dio aktivnog magnetskog ležaja uglavnom 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 magnetni ležaj ima prednosti položaja rotora, krutost ležaja i prigušenje se mogu odrediti kontrolnim sistemom, on je najšire korišten u oblasti magnetne levitacije, a istraživanje aktivnih magnetnih ležajeva oduvijek je bilo u fokusu istraživanja tehnologije magnetne levitacije. Nakon godina napornog rada, njegova teorija i metode dizajna postale su sve zrelije.

 

Pasivni magnetni ležaj

 

Kao oblik magnetnog ležaja, pasivni magnetni ležaj ima svoje jedinstvene prednosti: male je veličine, ne troši energiju i ima jednostavnu strukturu. Najveća razlika između pasivnih magnetnih ležajeva i aktivnih magnetnih ležajeva je u tome što prvi nemaju aktivni elektronski sistem upravljanja, već koriste karakteristike samog magnetnog polja za levitaciju rotirajućeg vratila. Trenutno su najčešće korišteni pasivni magnetni ležajevi permanentni magnetni ležajevi sastavljeni od permanentnih magneta. Ležajevi permanentnih magneta mogu se podijeliti u dvije vrste: odbojni tip i usisni tip.

 

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 magnetskog kruga. Ali postoje dvije osnovne strukture.

 

Druga vrsta pasivnog magnetskog ležaja zasniva se na sili usisavanja koja djeluje između magnetiziranih mekih magnetskih komponenti. Kada se komponenta rotora radijalno kreće, efekat usisavanja dolazi od promjene magnetootpora, pa se naziva i "magnetorezistivni ležaj". Ova vrsta ležaja može biti dizajnirana tako da se dio s permanentnim magnetom ne rotira, već se rotira samo dio od mekog željeza, tako da sistem ima bolju stabilnost.

 

Kombinacija stabilizirajućih efekata reluktantnih ležajeva i aktivnih solenoida rezultira sistemom magnetnih ležajeva sa minimalnom potrošnjom energije.

 

Hibridni magnetni ležajevi

 

Hibridni magnetni ležajevi se formiraju na bazi aktivnih magnetnih ležajeva, pasivnih magnetnih ležajeva i nekih drugih pomoćnih nosećih i stabilizirajućih struktura - vrsta kombinovanog sistema magnetnih ležajeva. Uzima u obzir sveobuhvatne karakteristike aktivnih magnetnih ležajeva i pasivnih magnetnih ležajeva.

 

Hibridni magnetni ležaj koristi magnetno polje generirano permanentnim magnetom za zamjenu statičkog magnetnog polja elektromagneta, što ne samo da može značajno smanjiti potrošnju energije pojačala snage, već i smanjiti broj ampernih okretaja elektromagneta za pola, smanjiti volumen magnetnog ležaja i poboljšati nosivost.

 

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

 

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

 

2) Broj namotaja potreban za elektromagnet hibridnog magnetskog ležaja je mnogo manji od broja namotaja aktivnog magnetskog ležaja, što doprinosi smanjenju volumena magnetskog ležaja i uštedi materijala. Ova vrsta ležaja ima prednosti male veličine, male težine i visoke efikasnosti, te je pogodna za minijaturizaciju i primjenu malih dimenzija.