Het werkingsprincipe en de classificatie van magnetische lagers.

 

Magnetisch lagerSystemen kunnen op basis van hun werkingsprincipe in drie categorieën worden ingedeeld: actieve magnetische lagers, passieve magnetische lagers en hybride magnetische lagers.

 

Actief magnetisch lager

 

Actieve magnetische lagers maken gebruik van regelbare elektromagnetische kracht om de roterende as te laten zweven. Deze as bestaat hoofdzakelijk uit rotoren, solenoïden, sensoren, controllers en vermogensversterkers. De solenoïden zijn gemonteerd op een stator die zweeft in een magnetisch veld dat wordt gegenereerd door elektromagneten die radiaal symmetrisch zijn geplaatst. Elke elektromagnet is uitgerust met een of meer sensoren om continu veranderingen in de positie van de as te bewaken. Het signaal van de sensor corrigeert, met behulp van het elektronische besturingssysteem, de stroom door de elektromagneet om de aantrekkingskracht van de elektromagneet te regelen, zodat de roterende as stabiel en in balans blijft en aan bepaalde nauwkeurigheidseisen voldoet.

 

Actieve magneetlagers kunnen, afhankelijk van de besturingsmethode, worden onderverdeeld in stroomgestuurde en spanningsgestuurde lagers, en, afhankelijk van de ondersteuningsmethode, in radiale en axiale magneetlagers. Momenteel is het DC-gestuurde magneetlager het meest gebruikte type actieve magneetlager.

 

Het mechanische gedeelte van een actief magnetisch lager bestaat doorgaans uit een radiaal lager en een axiaal lager. Het radiaal lager is opgebouwd uit een stator (elektromagneet) en een rotor, terwijl het axiale lager bestaat uit een stator (elektromagneet) en een druklager.

 

Omdat het actieve magnetische lager de voordelen biedt dat de rotorpositie, lagerstijfheid en demping door het besturingssysteem kunnen worden bepaald, is het het meest gebruikte type lager in de magnetische levitatie. Het onderzoek naar actieve magnetische lagers is dan ook altijd een belangrijk speerpunt geweest binnen het onderzoek naar magnetische levitatietechnologie. Na jaren van hard werken zijn de ontwerpstheorie en -methoden steeds verder ontwikkeld.

 

Passief magnetisch lager

 

Passieve magnetische lagers hebben als vorm van magnetisch lager unieke voordelen: ze zijn klein, verbruiken geen energie en hebben een eenvoudige structuur. Het grootste verschil tussen passieve en actieve magnetische lagers is dat de eerste geen actief elektronisch besturingssysteem hebben, maar de eigenschappen van het magnetische veld zelf gebruiken om de roterende as te laten zweven. De meest gebruikte passieve magnetische lagers zijn momenteel permanente magneetlagers, die bestaan ​​uit permanente magneten. Permanente magneetlagers kunnen worden onderverdeeld in twee typen: afstotende en zuigende typen.

 

Passieve permanentmagneetlagers kunnen zowel als radiale lagers als axiale lagers worden gebruikt, waarbij zowel zuigkracht als afstoting mogelijk is. Afhankelijk van de magnetisatierichting en de relatieve positie van de magneetring, hebben permanentmagneetlagers verschillende magnetische circuitstructuren. Er zijn echter twee basisstructuren.

 

Het andere type passief magnetisch lager is gebaseerd op de zuigkracht die werkt tussen de gemagnetiseerde zachtmagnetische componenten. Wanneer het rotoronderdeel radiaal beweegt, ontstaat het zuigeffect door de verandering in magnetoresistentie; daarom wordt het ook wel een "magnetoresistief lager" genoemd. Dit type lager kan zo ontworpen worden dat het permanente magneetgedeelte niet roteert en alleen het zachtijzeren gedeelte roteert, waardoor het systeem een ​​betere stabiliteit heeft.

 

De combinatie van de stabiliserende werking van reluctantielagers en actieve solenoïden resulteert in een magnetisch lagersysteem met een minimaal energieverbruik.

 

Hybride magnetische lagers

 

Hybride magnetische lagers zijn opgebouwd uit actieve magnetische lagers, passieve magnetische lagers en andere ondersteunende en stabiliserende constructies – een soort gecombineerd magnetisch lagersysteem. Het houdt rekening met de algehele eigenschappen van zowel actieve als passieve magnetische lagers.

 

Het hybride magnetische lager maakt gebruik van het magnetische veld dat door de permanente magneet wordt opgewekt om het statische voorgespannen magnetische veld van de elektromagneet te vervangen. Dit kan niet alleen het stroomverbruik van de eindversterker aanzienlijk verlagen, maar ook het aantal ampèrewindingen van de elektromagneet halveren, het volume van het magnetische lager verkleinen en het draagvermogen verbeteren.

 

Omdat een permanent magneetveld een voorspanningsmagnetisch veld genereert en een elektromagneet een gecontroleerd magnetisch veld, hebben hybride magnetische lagers met een permanente magneet en offset de volgende voordelen:

 

1) De permanente magneet wordt gebruikt om het statische voorspanningsmagnetisch veld te leveren, terwijl de elektromagneet alleen het stuurmagnetisch veld levert voor het balanceren van de belasting of externe storingen. Dit voorkomt vermogensverlies door de voorspanningsstroom van het systeem en vermindert de opwarming van de spoel.

 

2) Het aantal windingen dat nodig is voor de elektromagneet van het hybride magneetlager is veel kleiner dan dat van het actieve magneetlager. Dit draagt ​​bij aan een kleiner volume van het magneetlager en materiaalbesparing. Dit type lager heeft als voordelen een klein formaat, een laag gewicht en een hoog rendement, en is geschikt voor miniaturisatie en toepassingen met een klein formaat.