Магнитный подшипник
Магни́тный подши́пник — элемент опоры осей, валов и других деталей, работающих на принципе магнитной левитации. В результате опора является механически бесконтактной.
Различают пассивные и активные магнитные подшипники. Но если активные магнитные подшипники уже получили определённое распространение, то пассивные подшипники (где магнитное поле создается высокоэнергетическими постоянными магнитами, например, NdFeB) находятся только на стадии разработки.
Преимущества и недостатки[править | править код]
- Преимущества
Основным преимуществом этих подшипников является отсутствие контакта и вытекающие отсюда:
- высокая износостойкость;
- возможность использования подшипника в агрессивных средах, при высоких или низких температурах (Луна, Марс).
- Недостатки
- В случае исчезновения магнитного поля, что может быть катастрофическим для целой механической системы, нужно обеспечить страховочные подшипники. Обычно это подшипники качения, которые в этом случае могут выдерживать один или два отказа магнитных подшипников, после чего их необходимо заменить.
- Вследствиe того, что магнитное притяжение включает в себя определённую неустойчивость, используют довольно сложные и громоздкие системы управления, которые затрудняют ремонт и эксплуатацию подшипника.
- Нагревание. Обмотка подшипника нагревается вследствие прохождения через неё тока. Иногда это нежелательно, поэтому устанавливаются дополнительные системы охлаждения.
Пассивные магнитные подшипники[править | править код]
Примером пассивного подшипника (подшипник не использует следящую систему осевого смещения с обратной связью), является униполярный электродинамический подшипник, изобретенный доктором Торбьорном Лембке[1][2][3]. Это принципиально новый тип магнитного подшипника, основанный на пассивной магнитной подвеске. Для его работы не требуется управляющая электроника и принцип его действия основан на возникновении токов Фуко в массивном медном цилиндре, окружающем постоянный магнит с осевой намагниченностью, укреплённом на оси при возникновении радиального смещения вала.
При радиальном смещении в медном цилиндре индуцируются токи, магнитное поле которых взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита, образует возвращающую силу, направленную к оси цилиндра. Для возникновения этих сил должны быстро вращаться либо вал с постоянным магнитом, или медный цилиндр[4][5][6].
При изменении магнитного потока в проводящем цилиндре индуцируется вихревое электрическое поле, порождающее ток, по правилу Ленца направление этого тока препятствует изменению внешнего магнитного поля, при этом возникает своего рода «магнитные зеркала»[7][8][9][10][11][12][13][14][15][16].
Применение[править | править код]
 | Этот раздел слишком короткий. |
Преимущества магнитных подшипников включают очень низкое и предсказуемое трение, возможность работы без смазки и в вакууме. Они всё чаще используются в промышленных механизмах, таких как компрессоры, турбины, насосы, моторы и генераторы. Магнитные подшипники используются в электрических генераторах, в переработке нефти, в работе станков и при передаче природного газа.
Также они используются в газовых центрифугах для обогащения урана[17] и в турбомолекулярных насосах, где механические подшипники со смазкой были бы источником нежелательного загрязнения.
Примечания[править | править код]
- ↑ «Design and Analysis of a Novel Low Loss Homopolar Electrodynamic Bearing.» Архивная копия от 9 апреля 2016 на Wayback Machine Lembke, Torbjörn. PhD Thesis. Stockholm: Universitetsservice US AB, 2005. ISBN 91-7178-032-7
- ↑ «3D-FEM Analysis of a Low Loss Homopolar Induction Bearing» Архивировано 8 июня 2011 года. Lembke, Torbjörn. 9th International Symposium on Magnetic Bearings (ISMB9). Aug. 2004.
- ↑ Seminar at KTH — the Royal Institute of Technology Stockholm. Feb 24. 2010.
- ↑ Amati, N., Tonoli, A., Zenerino, E., Detoni, J. G., Impinna, F. «Design Methodology of Electrodynamic Bearings», XXXVIII Associazione Italiana per l’Analisi delle Solecitazioni, Convegno Nazionale, No. 109, 2009
- ↑ Filatov, A. V., Maslen, E. H., and Gillies, G. T. «A Method of Suspension of Rotating Bodies Using Electromagnetic Forces», Journal of Applied Physics, Vol. 91
- ↑ Filatov, A. V., Maslen, E. H., and Gillies, G. T. «Stability of an Electrodynamic Suspension» Journal of Applied Physics, Vol. 92 (2002), pp. 3345-3353.
- ↑ Basore P. A. "Passive Stabilization of Flywheel Magnetic Bearings", Master’s thesis, Massachusetts Institute of Technology (USA), 1980.
- ↑ Murakami C. and Satoh I. «Experiments of a Very Simple Radial-Passive Magnetic Bearing Based on Eddy Currents», In Proceedings of the 7th International Symposium on Magnetic Bearings, March 2000.
- ↑ Bender D. and Post R. F. «Ambient Temperature Passive Magnetic Bearings for Flywheel Energy Storage Systems», In Proceedings of the 7th International Symposium on Magnetic Bearings, March 2000.
- ↑ Moser R., Regamey Y. J., Sandtner J. and Bleuler H. «Passive Diamagnetic Levitation for Flywheels», In Proceedings of the 8th International Symposium on Magnetic Bearings, 2002.
- ↑ Filatov A. V., McMullen P., Davey K., and Thompson R. «Flywheel Energy Storage System with Homopolar Electrodynamic Magnetic Bearing», In Proceedings of the 10th International Symposium on Magnetic Bearings, 2006.
- ↑ Sandtner J. and Bleuler H. «Electrodynamic Passive Magnetic Bearings with Planar Halbach Arrays», In Proceedings of the 9th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2004.
- ↑ Sandtner J. and Bleuler H. «Passive Electrodynamic Magnetic Thrust Bearing Especially Designed for Constant Speed Applications», In Proceedings of the 10th International Symposium on Magnetic Bearings, August 2004.
- ↑ Amati N., De Lépine X., and Tonoli A. «Modeling of electrodynamic Bearings», ASME Journal of Vibration and Acoustics, 130, 2008.
- ↑ Kluyskens V., Dehez B. «Dynamical electromechanical model for passive magnetic bearings», IEEE Transactions on Magnetics, 43, pp 3287-3292, 2007.
- ↑ Kluyskens V., Dehez B. «Parameterized electromechanical model for magnetic bearings with induced currents», Journal of System Design and Dynamics — Special Issue on the Eleventh International Symposium on Magnetic Bearings, 2009.[1] (недоступная ссылка)
- ↑ Charles D. Uranium enrichment. Spinning a Nuclear Comeback, Science, Vol. 315, (30 March 2007) PMID 17395804 doi: 10.1126/science.315.5820.1782 (англ.)
Литература[править | править код]
- Magnetic Bearings: Theory, Design, and Application to Rotating Machinery — Springer 2009 ISBN 978-3-642-00497-1 (англ.)
Ссылки[править | править код]
- Schweitzer G, Active magnetic bearings — chances and limitations / International Centre for Magnetic Bearings (англ.)
- Carl R. Knospe, Active magnetic bearings for machining applications / Control Engineering Practice. Volume 15, Issue 3, March 2007, Pages 307—313 doi:10.1016/j.conengprac.2005.12.002 (платн.) (англ.)
- Обзор способов практического применения активных магнитных подшипников / Научное приборостроение, 2012, том 22, № 4, c. 5—18 ISSN 0868-5886
 | В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |