Как устроены бесконтактные магнитные подшипники
Магнитные подшипники, или бесконтактные подвесы, имеют целый список положительных качеств. Они не требуют смазки, в них нет трущихся в процессе работы поверхностей, а значит отсутствует их износ и потери энергии на трение. Также магнитные опоры не вибрируют, обеспечивают высокую частоту вращения и потребляют гораздо меньше энергии чем подшипники качения и скольжения. Дополнительно можно отметить их интеллектуальность – принцип работы этих деталей обеспечивает точный мониторинг их параметров и управление вращением.
Все перечисленные особенности делают магнитные подшипники идеальным решением для многих сфер применения. Их используют в генераторах, работающих с высокой частотой, в газовых турбинах, вакуумном оборудовании, современных станках с ЧПУ. Особенно ценны эти опоры там, где валы вращаются со скоростью 100000 оборотов в минуту и выше. Иногда, бесконтактный подвес – это единственное доступное решение.
Виды и устройство бесконтактных магнитных подшипников
По принципу работы магнитные опоры делятся на две категории: пассивные и активные. В основе пассивных подшипников лежат постоянные магниты. Это не самый лучший вариант с точки зрения эффективности и надежности, поэтому такое решение можно встретить нечасто. Гораздо популярнее активные магнитные подшипники. В них магнитное поле возникает под действием переменного тока в обмотках, установленных в узле. Параметры такой детали можно изменять, меняя параметры тока, что очень ценно во многих случаях.
В основе работы любого магнитного подшипника лежит принцип электромагнитной левитации. При использовании этого физического явления, контакт между движущимися относительно друг друга элементами опоры не происходит. КПД такого узла очень высоко из-за отсутствия трения, а обслуживание минимально по причине отказа от смазки. Система бесконтактного подшипника может отслеживать положение вала ротора и передавать информацию контроллерам. Автоматическое управление осуществляется путем изменения силы притяжения с одной из сторон детали, за которое отвечает изменение параметров электрического тока.
При помощи двух активных магнитных подшипников конического типа и одной осевой опоры, можно подвешивать ротор в воздухе. Такой принцип обеспечивает не только плавность хода и высокую грузоподъемность, но и амортизацию. Для таких подшипников не важны температура рабочей среды и состав воздуха. Они могут применяться в медицинских приложениях, благодаря высокой стерильности – за счет отсутствия трения между частями, деталь не загрязняет продуктами разрушения среду вокруг себя.
Устройство бесконтактного магнитного подшипника
Магнитный подшипник состоит из ротора с ферромагнитными пластинами и корпуса-статора с катушками. Ротор удерживается электромагнитным полем в центре статора, не приходя с ним в соприкосновение. Датчики индукции отслеживают позицию ротора в пространстве и любое отклонение от нормы сопровождается сигналом к контроллеру. Система мгновенно анализирует данные и усиливает или уменьшает поле с одной из сторон опоры, выравнивая ротор. При этом радиальный зазор в таких узлах невелик и составляет от 0,5 до 1 мм, в зависимости от модели, размеров и назначения бесконтактного подвеса.
Такой принцип работы кажется идеальным, но у него есть и существенные минусы. В оборудовании, использующем магнитные подшипники бесконтактного типа, применяют страховочные опоры качения или скольжения. Эти детали имеют невысокий ресурс и выдерживают всего 2-3 отказа магнитного подвеса. После этого их приходится менять. Второй недостаток – необходимость использования сложной автоматики, которая при выходе из строя нуждается в дорогостоящем ремонте. Ну и третий, часто решающий минус – высокая цена таких деталей.
