Η αρχή λειτουργίας και η ταξινόμηση των μαγνητικών ρουλεμάν

 

Μαγνητικό ρουλεμάνΤα συστήματα μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες ανάλογα με την αρχή λειτουργίας τους: Ενεργό Μαγνητικό Ρουλεμάν, Παθητικό Μαγνητικό Ρουλεμάν και Υβριδικό Μαγνητικό Ρουλεμάν.

 

Ενεργό μαγνητικό ρουλεμάν

 

Τα ενεργά μαγνητικά ρουλεμάν χρησιμοποιούν ελεγχόμενη ηλεκτρομαγνητική δύναμη για να αιωρήσουν τον περιστρεφόμενο άξονα, ο οποίος αποτελείται κυρίως από ρότορες, ηλεκτρομαγνητικά πηνία, αισθητήρες, ελεγκτές και ενισχυτές ισχύος. Τα ηλεκτρομαγνητικά πηνία είναι τοποθετημένα σε έναν στάτορα που αιωρείται σε ένα μαγνητικό πεδίο που παράγεται από τους ηλεκτρομαγνήτες που τοποθετούνται σε ακτινική συμμετρία, καθένας από τους οποίους είναι εξοπλισμένος με έναν ή περισσότερους αισθητήρες για να παρακολουθεί συνεχώς τις αλλαγές στη θέση του άξονα. Το σήμα εξόδου από τον αισθητήρα, με τη βοήθεια του ηλεκτρονικού συστήματος ελέγχου, διορθώνει το ρεύμα μέσω του ηλεκτρομαγνήτη, έτσι ώστε να ελέγχει την έλξη του ηλεκτρομαγνήτη, έτσι ώστε ο περιστρεφόμενος άξονας να λειτουργεί σε σταθερή και ισορροπημένη κατάσταση και να επιτυγχάνει ορισμένες απαιτήσεις ακρίβειας.

 

Τα ενεργά μαγνητικά ρουλεμάν μπορούν να χωριστούν σε έλεγχο ρεύματος και έλεγχο τάσης σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους ελέγχου και μπορούν να χωριστούν σε ακτινικά μαγνητικά ρουλεμάν και αξονικά μαγνητικά ρουλεμάν σύμφωνα με διαφορετικές μεθόδους στήριξης. Προς το παρόν, μεταξύ των ενεργών μαγνητικών ρουλεμάν, το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο είναι το μαγνητικό ρουλεμάν ελεγχόμενο από συνεχές ρεύμα.

 

Το μηχανικό μέρος του ενεργού μαγνητικού ρουλεμάν αποτελείται γενικά από ένα ακτινικό ρουλεμάν και ένα αξονικό ρουλεμάν, και το ακτινικό ρουλεμάν αποτελείται από έναν στάτορα (ηλεκτρομαγνήτη) και έναν ρότορα. Τα αξονικά ρουλεμάν αποτελούνται από έναν στάτορα (ηλεκτρομαγνήτη) και μια πλάκα ώθησης.

 

Επειδή το ενεργό μαγνητικό ρουλεμάν έχει τα πλεονεκτήματα της θέσης του ρότορα, η ακαμψία και η απόσβεση του ρουλεμάν μπορούν να προσδιοριστούν από το σύστημα ελέγχου, έχει χρησιμοποιηθεί ευρύτερα στον τομέα της μαγνητικής αιώρησης και η έρευνα για το ενεργό μαγνητικό ρουλεμάν ήταν πάντα το επίκεντρο της έρευνας για την τεχνολογία μαγνητικής αιώρησης. Μετά από χρόνια σκληρής δουλειάς, η θεωρία και οι μέθοδοι σχεδιασμού του έχουν γίνει όλο και πιο ώριμες.

 

Παθητικό μαγνητικό ρουλεμάν

 

Ως μορφή μαγνητικού ρουλεμάν, το παθητικό μαγνητικό ρουλεμάν έχει τα δικά του μοναδικά πλεονεκτήματα: είναι μικρό σε μέγεθος, δεν καταναλώνει ενέργεια και είναι απλό στη δομή. Η μεγαλύτερη διαφορά μεταξύ των παθητικών μαγνητικών ρουλεμάν και των ενεργών μαγνητικών ρουλεμάν είναι ότι το πρώτο δεν διαθέτει ενεργό ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου, αλλά χρησιμοποιεί τα χαρακτηριστικά του ίδιου του μαγνητικού πεδίου για να αιωρήσει τον περιστρεφόμενο άξονα. Προς το παρόν, τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα παθητικά μαγνητικά ρουλεμάν είναι τα μόνιμα μαγνητικά ρουλεμάν που αποτελούνται από μόνιμους μαγνήτες. Τα μόνιμα μαγνητικά ρουλεμάν μπορούν να χωριστούν σε δύο τύπους: τύπου απώθησης και τύπου αναρρόφησης.

 

Τα παθητικά μόνιμα μαγνητικά ρουλεμάν μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο ως ακτινικά όσο και ως ωστικά ρουλεμάν (αξονικά ρουλεμάν), τα οποία και τα δύο μπορούν να είναι αναρρόφησης ή απώθησης. Ανάλογα με την κατεύθυνση μαγνήτισης και τη σχετική θέση του μαγνητικού δακτυλίου, τα μόνιμα μαγνητικά ρουλεμάν έχουν μια ποικιλία δομών μαγνητικού κυκλώματος. Υπάρχουν όμως δύο βασικές δομές

 

Ο άλλος τύπος παθητικού μαγνητικού ρουλεμάν βασίζεται στη δύναμη αναρρόφησης, η οποία ασκείται μεταξύ των μαγνητισμένων μαλακών μαγνητικών εξαρτημάτων. Όταν το εξάρτημα του ρότορα κινείται ακτινικά, το φαινόμενο αναρρόφησης προέρχεται από την αλλαγή στη μαγνητοαντίσταση, επομένως ονομάζεται επίσης "μαγνητοαντίστασης ρουλεμάν". Αυτό το είδος ρουλεμάν μπορεί να σχεδιαστεί έτσι ώστε το τμήμα μόνιμου μαγνήτη να μην περιστρέφεται και να περιστρέφεται μόνο το τμήμα μαλακού σιδήρου, έτσι ώστε το σύστημα να έχει καλύτερη σταθερότητα.

 

Ο συνδυασμός των σταθεροποιητικών φαινομένων των ρουλεμάν αντίστασης και των ενεργών σωληνοειδών έχει ως αποτέλεσμα ένα σύστημα μαγνητικών ρουλεμάν με ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας.

 

Υβριδικά μαγνητικά ρουλεμάν

 

Τα υβριδικά μαγνητικά ρουλεμάν σχηματίζονται με βάση ενεργά μαγνητικά ρουλεμάν, παθητικά μαγνητικά ρουλεμάν και ορισμένες άλλες βοηθητικές δομές στήριξης και σταθεροποίησης - ένα είδος συνδυασμένου συστήματος μαγνητικών ρουλεμάν. Λαμβάνει υπόψη τα ολοκληρωμένα χαρακτηριστικά των ενεργών μαγνητικών ρουλεμάν και των παθητικών μαγνητικών ρουλεμάν.

 

Το υβριδικό μαγνητικό ρουλεμάν πρόκειται να χρησιμοποιήσει το μαγνητικό πεδίο που παράγεται από τον μόνιμο μαγνήτη για να αντικαταστήσει το στατικό μαγνητικό πεδίο του ηλεκτρομαγνήτη, το οποίο μπορεί όχι μόνο να μειώσει σημαντικά την κατανάλωση ισχύος του ενισχυτή ισχύος, αλλά και να μειώσει τον αριθμό των στροφών αμπέρ του ηλεκτρομαγνήτη κατά το ήμισυ, να μειώσει τον όγκο του μαγνητικού ρουλεμάν και να βελτιώσει την ικανότητα φέρουσας ικανότητας.

 

Δεδομένου ότι ένα πολωμένο μαγνητικό πεδίο παράγεται από έναν μόνιμο μαγνήτη και ένα ελεγχόμενο μαγνητικό πεδίο παράγεται από τον ηλεκτρομαγνήτη, τα υβριδικά μαγνητικά ρουλεμάν με μόνιμη μετατόπιση μαγνήτη έχουν τα ακόλουθα πλεονεκτήματα:

 

1) Ο μόνιμος μαγνήτης χρησιμοποιείται για την παροχή του στατικού μαγνητικού πεδίου πόλωσης και ο ηλεκτρομαγνήτης παρέχει μόνο το μαγνητικό πεδίο ελέγχου για την εξισορρόπηση του φορτίου ή των εξωτερικών παρεμβολών, γεγονός που μπορεί να αποφύγει την απώλεια ισχύος που προκαλείται από το ρεύμα πόλωσης του συστήματος και να μειώσει τη θέρμανση του πηνίου.

 

2) Ο αριθμός των στροφών που απαιτούνται για τον ηλεκτρομαγνήτη του υβριδικού μαγνητικού ρουλεμάν είναι πολύ μικρότερος από αυτόν του ενεργού μαγνητικού ρουλεμάν, γεγονός που συμβάλλει στη μείωση του όγκου του μαγνητικού ρουλεμάν και στην εξοικονόμηση υλικών. Αυτό το είδος ρουλεμάν έχει τα πλεονεκτήματα του μικρού μεγέθους, του ελαφρού βάρους και της υψηλής απόδοσης και είναι κατάλληλο για εφαρμογές σμίκρυνσης και μικρού μεγέθους.