Wszyscy wiedzą, że magnesy przyciągają metale. Ponadto jeden magnes może przyciągnąć drugi. Ale interakcja między nimi nie ogranicza się do przyciągania, mogą się nawzajem odpychać. Materia znajduje się w biegunach magnesu - przeciwne bieguny przyciągają, te same bieguny odpychają. Ta właściwość jest podstawą wszystkich silników elektrycznych i to dość mocnych.
Istnieje też coś takiego jak lewitacja pod wpływem pola magnetycznego, gdy obiekt umieszczony nad magnesem (mający podobny do niego biegun) wisi w przestrzeni. Efekt ten został zastosowany w tzw. łożysku magnetycznym.
Co to jest łożysko magnetyczne
Urządzenie typu elektromagnetycznego, w którym obracający się wał (wirnik) jest podtrzymywany w nieruchomej części (stojanie) przez siły strumienia magnetycznego, nazywane jest łożyskiem magnetycznym. Kiedy mechanizm działa, działają na niego siły fizyczne, które mają tendencję do przesuwania osi. Aby je pokonać, łożysko magnetyczne zostało wyposażone w system kontroli, który monitoruje obciążenie i daje sygnał do kontroli siły strumienia magnetycznego. Z kolei magnesy są silniejsze lubma mniejszy wpływ na wirnik, utrzymując go w pozycji środkowej.
Łożysko magnetyczne jest szeroko stosowane w przemyśle. Są to w zasadzie potężne maszyny turbo. Ze względu na brak tarcia, a co za tym idzie konieczność stosowania smarów, niezawodność maszyn jest wielokrotnie zwiększana. Praktycznie nie obserwuje się zużycia węzłów. Poprawia również jakość charakterystyki dynamicznej i zwiększa wydajność.
Aktywne łożyska magnetyczne
Łożysko magnetyczne, w którym pole siłowe tworzone jest za pomocą elektromagnesów, nazywane jest aktywnym. Elektromagnesy pozycyjne znajdują się w stojanie łożyska, wirnik reprezentowany jest przez metalowy wał. Cały system, który utrzymuje wał w jednostce, nazywa się aktywnym zawieszeniem magnetycznym (AMP). Ma złożoną strukturę i składa się z dwóch części:
- blok łożyskowy;
- elektroniczne systemy sterowania.
Podstawowe elementy AMP
Łożysko promieniowe. Urządzenie, które ma elektromagnesy na stojanie. Trzymają wirnik. Na wirniku znajdują się specjalne płytki ferromagnetyczne. Gdy wirnik jest zawieszony w punkcie środkowym, nie ma kontaktu ze stojanem. Czujniki indukcyjne śledzą najmniejsze odchylenia położenia wirnika w przestrzeni od wartości nominalnej. Sygnały z nich kontrolują siłę magnesów w takim czy innym punkcie, aby przywrócić równowagę w systemie. Luz promieniowy wynosi 0,50-1,00 mm, luz osiowy 0,60-1,80 mm
- Łożysko magnetyczneciąg działa w taki sam sposób, jak promieniowy. Na wale wirnika zamocowana jest tarcza oporowa, po obu stronach której na stojanie zamontowane są elektromagnesy.
- Łożyska bezpieczeństwa są zaprojektowane do trzymania wirnika, gdy urządzenie jest wyłączone lub w sytuacjach awaryjnych. Podczas pracy pomocnicze łożyska magnetyczne nie są zaangażowane. Odstęp między nimi a wałem wirnika jest o połowę mniejszy niż w łożysku magnetycznym. Elementy zabezpieczające montowane są w oparciu o urządzenia kulkowe lub łożyska ślizgowe.
- Elektronika sterująca obejmuje czujniki położenia wału wirnika, przetworniki i wzmacniacze. Cały system działa na zasadzie regulacji strumienia magnetycznego w każdym module elektromagnesu z osobna.
Pasywne łożyska magnetyczne
Łożyska z magnesami trwałymi to układy podtrzymujące wał wirnika, które nie wykorzystują obwodu sterującego ze sprzężeniem zwrotnym. Lewitacja odbywa się tylko dzięki siłom wysokoenergetycznych magnesów trwałych.
Wadą takiego zawieszenia jest konieczność zastosowania ogranicznika mechanicznego, co prowadzi do powstawania tarcia i zmniejsza niezawodność układu. Zatrzymanie magnetyczne w sensie technicznym nie zostało jeszcze zaimplementowane w tym schemacie. Dlatego w praktyce rzadko stosuje się łożysko pasywne. Istnieje opatentowany model, na przykład zawieszenie Nikołajewa, które nie zostało jeszcze skopiowane.
Taśma magnetyczna w łożysku koła
Koncepcja„magnetyczne łożysko koła” odnosi się do systemu ASB, który jest szeroko stosowany w nowoczesnych pojazdach. Łożysko ASB różni się tym, że ma wbudowany czujnik prędkości koła wewnątrz. Czujnik ten jest aktywnym urządzeniem osadzonym w przekładce łożyska. Jest zbudowany na bazie pierścienia magnetycznego, na którym naprzemiennie występują bieguny elementu odczytującego zmianę strumienia magnetycznego.
Kiedy łożysko się obraca, następuje ciągła zmiana pola magnetycznego wytwarzanego przez pierścień magnetyczny. Czujnik rejestruje tę zmianę, generując sygnał. Sygnał jest następnie przesyłany do mikroprocesora. Dzięki temu działają systemy takie jak ABS i ESP. Już poprawiają pracę samochodu. ESP odpowiada za elektroniczną stabilizację, ABS reguluje obroty kół, poziom ciśnienia w układzie to hamulec. Monitoruje pracę układu kierowniczego, przyspieszenie w kierunku bocznym, a także koryguje pracę skrzyni biegów i silnika.
Główną zaletą łożyska ASB jest możliwość kontrolowania prędkości obrotowej nawet przy bardzo małych prędkościach. Jednocześnie poprawiono wskaźniki masy i rozmiaru piasty, uproszczono montaż łożyska.
Jak zrobić łożysko magnetyczne
Najprostsze łożysko magnetyczne typu „zrób to sam” jest łatwe do wykonania. Nie nadaje się do praktycznego zastosowania, ale wyraźnie pokaże możliwości siły magnetycznej. Do tego potrzebne są cztery magnesy neodymowe o tej samej średnicy, dwa magnesy o nieco mniejszej średnicy, trzonek np. kawałek plastikowej rurki oraz nacisk,na przykład półlitrowy szklany słoik. Magnesy o mniejszej średnicy mocuje się na końcach tuby za pomocą gorącego kleju w taki sposób, aby uzyskać cewkę. W środku jednego z tych magnesów na zewnątrz przyklejona jest plastikowa kulka. Identyczne bieguny powinny być skierowane na zewnątrz. Cztery magnesy z tymi samymi biegunami do góry są ułożone parami w odległości długości odcinka rury. Rotor umieszczony jest nad leżącymi magnesami, a po stronie gdzie przyklejona jest plastikowa kulka jest podtrzymywany plastikowym słojem. Oto łożysko magnetyczne i gotowe.
