Magnētisko gultņu darbības princips un klasifikācija

 

Magnētiskais gultnisSistēmas var iedalīt trīs kategorijās atbilstoši to darbības principiem: aktīvais magnētiskais gultnis, pasīvais magnētiskais gultnis un hibrīdais magnētiskais gultnis.

 

Aktīvs magnētiskais gultnis

 

Aktīvie magnētiskie gultņi izmanto kontrolējamu elektromagnētisko spēku, lai paceltu rotējošo vārpstu, kas galvenokārt sastāv no rotoriem, solenoīdiem, sensoriem, kontrolieriem un jaudas pastiprinātājiem. Solenoīdi ir uzstādīti uz statora, kas ir piekārts magnētiskajā laukā, ko rada radiāli simetrijā novietoti elektromagnēti, un katrs no tiem ir aprīkots ar vienu vai vairākiem sensoriem, lai nepārtraukti uzraudzītu vārpstas pozīcijas izmaiņas. Sensora izvades signāls ar elektroniskās vadības sistēmas palīdzību koriģē strāvu caur elektromagnētu, lai kontrolētu elektromagnēta pievilkšanos, lai rotējošā vārpsta darbotos stabilā un līdzsvarotā stāvoklī un sasniegtu noteiktas precizitātes prasības.

 

Aktīvos magnētiskos gultņus var iedalīt strāvas vadības un sprieguma vadības gultņos atbilstoši dažādām vadības metodēm, un tos var iedalīt radiālajos magnētiskajos gultņos un aksiālajos magnētiskajos gultņos atbilstoši dažādām atbalsta metodēm. Pašlaik starp aktīvajiem magnētiskajiem gultņiem visplašāk tiek izmantots līdzstrāvas vadības magnētiskais gultnis.

 

Aktīvā magnētiskā gultņa mehāniskā daļa parasti sastāv no radiālā gultņa un aksiālā gultņa, un radiālais gultnis sastāv no statora (elektromagnēta) un rotora; aksiālie gultņi sastāv no statora (elektromagnēta) un vilces plāksnes.

 

Tā kā aktīvajam magnētiskajam gultnim ir rotora pozīcijas priekšrocības, gultņa stingrību un slāpēšanu var noteikt ar vadības sistēmu, tas ir visplašāk izmantots magnētiskās levitācijas jomā, un aktīvā magnētiskā gultņa izpēte vienmēr ir bijusi magnētiskās levitācijas tehnoloģiju pētījumu uzmanības centrā. Pēc daudzu gadu smaga darba tā projektēšanas teorija un metodes ir kļuvušas arvien nobriedušākas.

 

Pasīvais magnētiskais gultnis

 

Kā magnētiskā gultņa veids, pasīvajam magnētiskajam gultnim ir savas unikālas priekšrocības: tas ir mazs izmērs, nepatērē enerģiju un ir vienkāršs uzbūvē. Lielākā atšķirība starp pasīvajiem magnētiskajiem gultņiem un aktīvajiem magnētiskajiem gultņiem ir tā, ka pasīvajiem magnētiskajiem gultņiem nav aktīvas elektroniskās vadības sistēmas, bet gan tiek izmantota paša magnētiskā lauka raksturlielumi, lai paceltu rotējošo vārpstu. Pašlaik visplašāk izmantotie pasīvie magnētiskie gultņi ir pastāvīgā magnēta gultņi, kas sastāv no pastāvīgajiem magnētiem. Pastāvīgā magnēta gultņus var iedalīt divos veidos: atgrūšanas un iesūkšanas.

 

Pasīvos pastāvīgā magnēta gultņus var izmantot gan kā radiālos gultņus, gan kā vilces gultņus (aksiālos gultņus), kas abi var būt iesūkšanas vai atgrūšanas gultņi. Atkarībā no magnētiskā gredzena magnetizācijas virziena un relatīvā novietojuma pastāvīgā magnēta gultņiem ir dažādas magnētiskās ķēdes struktūras. Taču pastāv divas pamatstruktūras

 

Otra veida pasīvie magnētiskie gultņi ir balstīti uz sūkšanas spēku, kas darbojas starp magnetizētajiem mīkstajiem magnētiskajiem komponentiem. Kad rotora komponents pārvietojas radiāli, sūkšanas efekts rodas no magnētiskās pretestības izmaiņām, tāpēc to sauc arī par "magnetorezistīvo gultni". Šāda veida gultņus var konstruēt tā, lai pastāvīgā magnēta daļa negrieztos, bet grieztos tikai mīkstā čuguna daļa, tādējādi nodrošinot labāku sistēmas stabilitāti.

 

Reluktances gultņu un aktīvo solenoīdu stabilizējošās iedarbības kombinācija rada magnētisko gultņu sistēmu ar minimālu enerģijas patēriņu.

 

Hibrīdie magnētiskie gultņi

 

Hibrīdie magnētiskie gultņi tiek veidoti, pamatojoties uz aktīvajiem magnētiskajiem gultņiem, pasīvajiem magnētiskajiem gultņiem un dažām citām palīgierīcēm, kas atbalsta un stabilizē - sava veida kombinēta magnētisko gultņu sistēma. Tajā ir ņemtas vērā aktīvo magnētisko gultņu un pasīvo magnētisko gultņu visaptverošās īpašības.

 

Hibrīda magnētiskais gultnis ir paredzēts, lai izmantotu pastāvīgā magnēta radīto magnētisko lauku, lai aizstātu elektromagnēta statisko nobīdes magnētisko lauku, kas var ne tikai ievērojami samazināt jaudas pastiprinātāja enerģijas patēriņu, bet arī uz pusi samazināt elektromagnēta ampēru apgriezienu skaitu, samazināt magnētiskā gultņa tilpumu un uzlabot nestspēju.

 

Tā kā pastāvīgais magnēts ģenerē nobīdes magnētisko lauku un elektromagnēts ģenerē kontrolētu magnētisko lauku, pastāvīgā magnēta nobīdes hibrīdajiem magnētiskajiem gultņiem ir šādas priekšrocības:

 

1) Pastāvīgais magnēts tiek izmantots, lai nodrošinātu nobīdes statisko magnētisko lauku, un elektromagnēts nodrošina tikai vadības magnētisko lauku slodzes vai ārējo traucējumu līdzsvarošanai, kas var novērst jaudas zudumus, ko rada sistēmas nobīdes strāva, un samazināt spoles uzkaršanu.

 

2) Hibrīda magnētiskā gultņa elektromagnētam nepieciešamais apgriezienu skaits ir daudz mazāks nekā aktīvajam magnētiskajam gultnim, kas veicina magnētiskā gultņa tilpuma samazināšanu un materiālu taupīšanu. Šāda veida gultnim ir maza izmēra, viegla svara un augstas efektivitātes priekšrocības, un tas ir piemērots miniaturizācijai un maza izmēra lietojumprogrammām.