Ang prinsipyo ng pagpapatakbo at pag-uuri ng mga magnetic bearings

 

Magnetikong tindigAng mga sistema ay maaaring hatiin sa tatlong kategorya ayon sa kanilang mga prinsipyo ng paggana: Active Magnetic Bearing, Passive Magnetic Bearing, at Hybrid Magnetic Bearing.

 

Aktibong magnetikong tindig

 

Ang mga aktibong magnetic bearings ay gumagamit ng kontroladong puwersang elektromagnetiko upang iangat ang umiikot na shaft, na pangunahing binubuo ng mga rotor, solenoid, sensor, controller, at power amplifier. Ang mga solenoid ay nakakabit sa isang stator na nakabitin sa isang magnetic field na nalilikha ng mga electromagnet na nakalagay sa radial symmetry, na ang bawat isa ay nilagyan ng isa o higit pang mga sensor upang patuloy na subaybayan ang mga pagbabago sa posisyon ng shaft. Ang signal output mula sa sensor, sa tulong ng electronic control system, ay itinatama ang kuryenteng dumadaan sa electromagnet, upang makontrol ang atraksyon ng electromagnet, upang ang umiikot na shaft ay tumakbo sa isang matatag at balanseng estado, at makamit ang ilang mga kinakailangan sa katumpakan.

 

Ang mga aktibong magnetic bearings ay maaaring hatiin sa current control at voltage control ayon sa iba't ibang paraan ng pagkontrol, at maaaring hatiin sa radial magnetic bearings at axial magnetic bearings ayon sa iba't ibang paraan ng pagsuporta. Sa kasalukuyan, sa mga aktibong magnetic bearings, ang pinakalawak na ginagamit ay ang DC controlled magnetic bearing.

 

Ang mekanikal na bahagi ng aktibong magnetic bearing ay karaniwang binubuo ng isang radial bearing at isang axial bearing, at ang radial bearing ay binubuo ng isang stator (electromagnet) at isang rotor; Ang mga axial bearings ay binubuo ng isang stator (electromagnet) at isang thrust plate.

 

Dahil ang aktibong magnetic bearing ay may mga bentahe ng posisyon ng rotor, ang stiffness at damping ng bearing ay maaaring matukoy ng control system, ito ang pinakamalawak na ginagamit sa larangan ng magnetic levitation, at ang pananaliksik sa aktibong magnetic bearing ay palaging naging pokus ng pananaliksik sa teknolohiya ng magnetic levitation. Pagkatapos ng mga taon ng pagsusumikap, ang teorya at mga pamamaraan ng disenyo nito ay lalong naging mature.

 

Passive magnetic bearing

 

Bilang isang uri ng magnetic bearing, ang passive magnetic bearing ay may sariling natatanging bentahe, ito ay maliit sa laki, walang konsumo ng kuryente, at simple sa istraktura. Ang pinakamalaking pagkakaiba sa pagitan ng passive magnetic bearings at active magnetic bearings ay ang una ay walang aktibong electronic control system, ngunit ginagamit ang mga katangian ng magnetic field mismo upang i-levitate ang umiikot na shaft. Sa kasalukuyan, ang pinakalawak na ginagamit na passive magnetic bearings ay ang permanent magnet bearings na binubuo ng permanent magnets. Ang permanent magnet bearings ay maaaring hatiin sa dalawang uri: repulsion type at suction type.

 

Ang mga passive permanent magnet bearings ay maaaring gamitin bilang parehong radial bearings at thrust bearings (axial bearings), na parehong maaaring suction o repulsion. Depende sa direksyon ng magnetization at relatibong posisyon ng magnetic ring, ang mga permanent magnet bearings ay may iba't ibang istruktura ng magnetic circuit. Ngunit mayroong dalawang pangunahing istruktura.

 

Ang isa pang uri ng passive magnetic bearing ay batay sa puwersa ng pagsipsip, na kumikilos sa pagitan ng mga magnetized na malambot na magnetic component. Kapag ang rotor component ay gumagalaw nang radial, ang epekto ng pagsipsip ay nagmumula sa pagbabago sa magnetoresistance, kaya tinatawag din itong "magnetoresistive bearing". Ang ganitong uri ng bearing ay maaaring idisenyo upang ang permanenteng bahagi ng magnet ay hindi umiikot, at tanging ang malambot na bahagi ng bakal lamang ang umiikot, upang ang sistema ay magkaroon ng mas mahusay na katatagan.

 

Ang kombinasyon ng mga epekto ng pag-stabilize ng mga reluctance bearings at mga aktibong solenoid ay nagreresulta sa isang magnetic bearing system na may kaunting konsumo ng enerhiya.

 

Mga hybrid na magnetic bearings

 

Ang mga hybrid magnetic bearings ay nabubuo batay sa mga aktibong magnetic bearings, passive magnetic bearings at ilang iba pang pantulong na istruktura ng suporta at pagpapatatag - isang uri ng pinagsamang sistema ng magnetic bearing. Isinasaalang-alang nito ang komprehensibong mga katangian ng mga aktibong magnetic bearings at passive magnetic bearings.

 

Ang hybrid magnetic bearing ay ginagamit ang magnetic field na nabuo ng permanenteng magnet upang palitan ang static bias magnetic field ng electromagnet, na hindi lamang maaaring makabuluhang bawasan ang pagkonsumo ng kuryente ng power amplifier, kundi pati na rin bawasan ang bilang ng mga ampere turns ng electromagnet ng kalahati, bawasan ang volume ng magnetic bearing, at pagbutihin ang kapasidad ng load-bearing.

 

Dahil ang bias magnetic field ay nalilikha ng isang permanenteng magnet at ang kontroladong magnetic field ay nalilikha ng electromagnet, ang permanent magnet offset hybrid magnetic bearings ay may mga sumusunod na bentahe:

 

1) Ang permanenteng magnet ay ginagamit upang magbigay ng bias static magnetic field, at ang electromagnet ay nagbibigay lamang ng control magnetic field para sa pagbabalanse ng load o panlabas na interference, na maaaring maiwasan ang pagkawala ng kuryente na dulot ng bias current ng system at mabawasan ang pag-init ng coil.

 

2) Ang bilang ng mga pag-ikot na kinakailangan para sa electromagnet ng hybrid magnetic bearing ay mas maliit kaysa sa aktibong magnetic bearing, na nakakatulong sa pagbabawas ng volume ng magnetic bearing at pagtitipid ng mga materyales. Ang ganitong uri ng bearing ay may mga bentahe ng maliit na sukat, magaan at mataas na kahusayan, at angkop para sa miniaturization at maliliit na aplikasyon.