PREFAZIONE

L'elemento principale di molte macchine è un rotore che ruota su cuscinetti. La crescita delle velocità di rotazione e delle capacità delle macchine rotative con una tendenza simultanea verso una diminuzione della massa e dei parametri complessivi pone come priorità il problema dell'aumento della durata dei gruppi di cuscinetti. Inoltre, in numerosi settori della moderna tecnologia, sono necessari cuscinetti che possano funzionare in modo affidabile in condizioni estreme: nel vuoto, ad alte e basse temperature, tecnologie ultrapure, in ambienti aggressivi, ecc. Anche la creazione di tali cuscinetti è un'urgenza problemi tecnici.
La soluzione di questi problemi può essere attuata come miglioramento dei tradizionali cuscinetti volventi e radenti. e la creazione di cuscinetti non tradizionali che utilizzano altri principi fisici di azione.
I tradizionali cuscinetti volventi e radenti (liquidi e gas) hanno ormai raggiunto un elevato livello tecnico. Tuttavia, la natura dei processi che si verificano in essi limita, e talvolta rende fondamentalmente impossibile l'utilizzo di questi cuscinetti per raggiungere gli obiettivi di cui sopra. Pertanto, gli svantaggi significativi dei cuscinetti volventi sono la presenza di contatto meccanico tra parti mobili e fisse e la necessità di lubrificazione delle piste. Non c'è contatto meccanico nei cuscinetti a strisciamento, ma è necessario un sistema di lubrificazione per creare uno strato lubrificante e sigillare questo strato. Ovviamente, il miglioramento delle unità di tenuta può solo ridurre, ma non eliminare completamente la penetrazione reciproca del lubrificante e dell'ambiente esterno.
I cuscinetti sono privi di questi svantaggi, in cui i campi magnetici ed elettrici vengono utilizzati per creare reazioni di supporto. Tra questi, i cuscinetti magnetici attivi (AMP) sono di grande interesse pratico. Il lavoro di AMN si basa sul noto principio della sospensione magnetica attiva di un corpo ferromagnetico: il corpo è stabilizzato in una determinata posizione dalle forze di attrazione magnetica che agiscono sul corpo da elettromagneti controllati. Le correnti negli avvolgimenti degli elettromagneti sono formate tramite un sistema di controllo automatico costituito da sensori di spostamento del corpo, un regolatore elettronico e amplificatori di potenza alimentati da una fonte di energia elettrica esterna.
I primi esempi di utilizzo pratico delle sospensioni magnetiche attive negli strumenti di misura risalgono agli anni '40. Sono associati ai nomi di D. Beams e D. Hriesinger (USA) e O. G. Katsnelson e A. S. Edelstein (URSS). Il primo cuscinetto magnetico attivo è stato proposto e studiato sperimentalmente nel 1960 da R. Sixsmith (USA). L'applicazione pratica diffusa dell'AMS nel nostro Paese e all'estero è iniziata nei primi anni '70.
L'assenza di contatto meccanico e la necessità di lubrificazione negli AMP li rende molto promettenti in molti settori della tecnologia. Si tratta, in primis: di turbine e pompe nell'ingegneria del vuoto e criogenica; macchine per tecnologie ultrapure e per il funzionamento in ambienti aggressivi; macchine e dispositivi per installazioni nucleari e spaziali; oroscopi; dispositivi di accumulo di energia inerziale; oltre a prodotti per l'ingegneria generale e la strumentazione - rettifica e fresatura mandrini ad alta velocità, macchine tessili. centrifughe, turbine, equilibratrici, stativi vibranti, robot, strumenti di misura di precisione, ecc.
Tuttavia, nonostante i successi, gli AMJI vengono implementati molto più lentamente del previsto dalle previsioni fatte all'inizio degli anni '70. Innanzitutto, ciò è dovuto alla lenta percezione delle innovazioni da parte del settore, compreso AMS. Come ogni innovazione, per essere richiesti, gli AMP devono essere resi popolari.
Sfortunatamente, al momento in cui scrivo, solo un libro è dedicato ai cuscinetti magnetici attivi: G. Schweitzer. H. Bleulerand A. Traxler "Active magnetic bearings", ETH Zurigo, 1994, 244 p., pubblicato in inglese e tedesco. Di piccolo volume, questo libro si rivolge principalmente al lettore che sta muovendo i primi passi per comprendere i problemi che sorgono durante la creazione di un AMS. Facendo richieste molto modeste al background ingegneristico e matematico del lettore, gli autori costruiscono le idee e i concetti principali in una sequenza così ben congegnata che consente a un principiante di mettersi facilmente al passo e padroneggiare concettualmente una nuova area per se stesso. Indubbiamente, questo libro è un fenomeno notevole, e il suo ruolo divulgativo difficilmente può essere sopravvalutato.
Il lettore potrebbe chiedersi se valesse la pena scrivere una vera monografia, e non solo una traduzione del libro sopra citato. In primo luogo, dal 1992 sono stato invitato a tenere conferenze sull'AMS nelle università russe. Finlandia e Svezia. Da queste lezioni è nato un libro. In secondo luogo, molti dei miei colleghi hanno espresso il desiderio di avere un libro su LMP scritto per gli sviluppatori di macchine AML. In terzo luogo, mi sono anche reso conto che molti ingegneri che non sono affatto specializzati in AMB hanno bisogno di un libro che esplori un tale oggetto di controllo come un elettromagnete.
Lo scopo di questo libro è di fornire agli ingegneri i metodi di modellazione matematica, sintesi e analisi degli AMP e quindi promuovere l'interesse in questo nuovo campo della tecnologia. Non ho dubbi che il libro sarà utile anche per gli studenti di molte specialità tecniche, soprattutto nella progettazione di corsi e diplomi. Quando ho scritto il libro, ho fatto affidamento su 20 anni di esperienza nel campo dell'AMB come direttore scientifico del laboratorio di ricerca sui cuscinetti magnetici presso il Politecnico di Pskov dell'Università tecnica statale di San Pietroburgo.
Il libro contiene 10 capitoli. Il capitolo 1 fornisce una breve descrizione di tutti i possibili tipi di sospensioni elettromagnetiche, il cui scopo è quello di ampliare gli orizzonti del lettore. Rivolto agli utenti AMB, il Capitolo 2 introduce il lettore alla tecnologia dei cuscinetti magnetici attivi con una storia di sviluppo, progettazione, prestazioni, sfide di sviluppo e alcuni esempi di applicazioni pratiche. I capitoli 3 e 4 forniscono un metodo per calcolare i circuiti magnetici dei cuscinetti. Un elettromagnete come oggetto di controllo viene studiato nel Capitolo 5. Nel Capitolo 6 vengono risolti i problemi di sintesi del controller e l'analisi della dinamica di una sospensione magnetica a uno stadio. Questo è un capitolo su come controllare il gimbal e cosa può ostacolare l'ottenimento delle prestazioni dinamiche desiderate. Il posto centrale è occupato dal capitolo 7, che affronta i problemi di controllo della sospensione di un rotore rigido con cinque gradi di libertà, indaga l'interazione tra la sospensione e il motore di azionamento, e tocca anche la questione della creazione di macchine elettriche senza cuscinetti. L'influenza delle deformazioni elastiche di flessione del rotore sulla dinamica della sospensione è discussa nel Capitolo 8. Il Capitolo 9 è dedicato al controllo digitale della sospensione. Nell'ultimo capitolo 10, vengono presi in considerazione alcuni aspetti dinamici relativi all'implementazione delle sospensioni del rotore in AMB.
Per quanto riguarda l'elenco dei riferimenti alla fine del libro, non ho cercato di includervi tutti gli articoli storicamente significativi sull'AML e chiedo perdono a quei ricercatori i cui contributi in quest'area non sono menzionati.
Poiché la gamma di argomenti è molto ampia, si è rivelato impossibile mantenere un sistema di convenzioni in tutto il libro. Tuttavia, ogni capitolo utilizza una notazione coerente.
Sono grato ai miei insegnanti, i professori David Rakhmilyevich Merknin e Anatoly Saulovitch Kelzon, che hanno contribuito notevolmente alla pubblicazione di questo libro. Vorrei ringraziare i miei colleghi del laboratorio di supporti magnetici e dell'università, in particolare Fedor Georgievich Kochevin, Mikhail Vadimovich Afanasiev. Valentin Vasilyevich Andreen, Sergey Vladimirovich Smirnov, Sergey Gennadyevich Stebikhov e Igor Ivanovich Morozov, i cui sforzi hanno creato molte macchine con AMB. Ho anche beneficiato delle conversazioni e del lavoro congiunto con il professor Kamil Shamsuddinovich Khodjaen e i professori associati Vladimir Alexandrovich Andreev, Valery Georgievich Bogov e Vyacheslav Grigorievich Matsevich. Vorrei anche notare il contributo di studenti laureati e post-laurea che hanno lavorato con me con grande entusiasmo nel campo dell'AMS: questi sono Grigory Mikhailovich Kraizman, Nikolai Vadimovich Khmylko, Arkady Grigoryevich Khrostitsky, Nikolai Mikhailovich Ilyin, Alexander Mikhailovich Vetlntsyn e Pavel Vasilyevich Kiselev. Una menzione speciale merita l'assistenza tecnica nella preparazione del manoscritto per la pubblicazione di Elena Vladimirovna Zhuravleva e Andrey Semenovich Leontiev.
Voglio ringraziare la Pskov Engineering Company e il Pskov Polytechnic Institute per il loro aiuto nel finanziamento della pubblicazione del libro.

Tutti sanno che i magneti hanno la capacità di attrarre i metalli. Inoltre, un magnete può attrarne un altro. Ma l'interazione tra loro non si limita all'attrazione, possono respingersi a vicenda. Riguarda i poli di un magnete: i poli opposti si attraggono, come i poli si respingono. Questa proprietà è alla base di tutti i motori elettrici e di quelli abbastanza potenti.

Esiste anche una cosa come la levitazione sotto l'influenza di un campo magnetico, quando un oggetto posto sopra un magnete (con un polo simile ad esso) è sospeso nello spazio. Questo effetto è stato messo in pratica nel cosiddetto cuscinetto magnetico.

Cos'è un cuscinetto magnetico

Un dispositivo di tipo elettromagnetico in cui un albero rotante (rotore) è supportato in una parte fissa (statore) da forze di flusso magnetico è chiamato cuscinetto magnetico. Quando il meccanismo è in funzione, è influenzato da forze fisiche che tendono a spostare l'asse. Per superarli, il cuscinetto magnetico è stato dotato di un sistema di controllo che monitora il carico e fornisce un segnale per controllare la forza del flusso magnetico. I magneti, a loro volta, hanno un effetto più o meno forte sul rotore, mantenendolo in posizione centrale.

Il cuscinetto magnetico ha trovato ampia applicazione nell'industria. Queste sono fondamentalmente potenti turbomacchine. A causa dell'assenza di attrito e, di conseguenza, della necessità di utilizzare lubrificanti, l'affidabilità delle macchine è molte volte aumentata. L'usura dei nodi non è praticamente osservata. Migliora anche la qualità delle caratteristiche dinamiche e aumenta l'efficienza.

Cuscinetti magnetici attivi

Un cuscinetto magnetico, in cui il campo di forza viene creato con l'aiuto di elettromagneti, è chiamato attivo. Gli elettromagneti posizionali si trovano nello statore del cuscinetto, il rotore è rappresentato da un albero metallico. L'intero sistema che mantiene l'albero nell'unità è chiamato sospensione magnetica attiva (AMP). Ha una struttura complessa e si compone di due parti:

• blocco cuscinetto;
• sistemi di controllo elettronici.

Gli elementi principali dell'AMP

• Il cuscinetto è radiale. Un dispositivo che ha elettromagneti sullo statore. Tengono il rotore. Ci sono speciali piastre di ferromagnete sul rotore. Quando il rotore è sospeso a metà, non c'è contatto con lo statore. I sensori induttivi tracciano la minima deviazione della posizione del rotore nello spazio dal valore nominale. I loro segnali controllano la forza dei magneti in un punto o nell'altro per ripristinare l'equilibrio nel sistema. Lo spazio radiale è 0,50-1,00 mm, lo spazio assiale è 0,60-1,80 mm.

• Il magnetico funziona allo stesso modo del radiale. Un disco reggispinta è fissato sull'albero del rotore, su entrambi i lati sono presenti elettromagneti montati sullo statore.
• I cuscinetti di sicurezza sono progettati per trattenere il rotore quando il dispositivo è spento o in situazioni di emergenza. Durante il funzionamento, i cuscinetti magnetici ausiliari non sono coinvolti. Lo spazio tra loro e l'albero del rotore è la metà di quello di un cuscinetto magnetico. Gli elementi di sicurezza sono assemblati sulla base di dispositivi a sfera o
• L'elettronica di controllo comprende sensori di posizione dell'albero del rotore, trasduttori e amplificatori. L'intero sistema funziona secondo il principio della regolazione del flusso magnetico in ogni singolo modulo elettromagnete.

Cuscinetti di tipo magnetico passivo

I cuscinetti magnetici a magneti permanenti sono sistemi di supporto dell'albero del rotore che non utilizzano un circuito di controllo che include feedback. La levitazione viene eseguita solo a causa delle forze dei magneti permanenti ad alta energia.

Lo svantaggio di una tale sospensione è la necessità di utilizzare un arresto meccanico, che porta alla formazione di attrito e a una diminuzione dell'affidabilità del sistema. L'arresto magnetico in senso tecnico non è ancora stato implementato in questo schema. Pertanto, in pratica, un cuscinetto passivo viene utilizzato raramente. Esiste un modello brevettato, ad esempio una sospensione Nikolaev, che non è stata ancora ripetuta.

Banda magnetica nel cuscinetto della ruota

Il concetto di "magnetico" si riferisce al sistema ASB, ampiamente utilizzato nelle auto moderne. Il cuscinetto ASB è diverso in quanto ha un sensore di velocità ruota incorporato all'interno. Questo sensore è un dispositivo attivo incorporato nella guarnizione del cuscinetto. È costruito sulla base di un anello magnetico su cui si alternano i poli dell'elemento che legge la variazione del flusso magnetico.

Quando il cuscinetto ruota, c'è un cambiamento costante nel campo magnetico creato dall'anello magnetico. Il sensore registra questa modifica, generando un segnale. Il segnale viene quindi inviato al microprocessore. Grazie ad esso funzionano sistemi come l'ABS e l'ESP. Già correggono il lavoro dell'auto. L'ESP è responsabile della stabilizzazione elettronica, l'ABS regola la rotazione delle ruote, il livello di pressione nel sistema è il freno. Monitora il funzionamento del sistema di sterzo, l'accelerazione nella direzione laterale e corregge anche il funzionamento della trasmissione e del motore.

Il principale vantaggio del cuscinetto ASB è la capacità di controllare la velocità di rotazione anche a velocità molto basse. Allo stesso tempo, gli indicatori di peso e dimensioni del mozzo sono migliorati, l'installazione del cuscinetto è semplificata.

Come realizzare un cuscinetto magnetico

Il cuscinetto magnetico fai-da-te più semplice è facile da realizzare. Non è adatto per un uso pratico, ma mostrerà chiaramente le possibilità della forza magnetica. Per fare ciò, sono necessari quattro magneti al neodimio dello stesso diametro, due magneti di diametro leggermente inferiore, un albero, ad esempio un pezzo di tubo di plastica e un'enfasi, ad esempio un barattolo di vetro da mezzo litro. Magneti di diametro inferiore sono fissati alle estremità del tubo con colla a caldo in modo tale da ottenere una bobina. Al centro di uno di questi magneti, una pallina di plastica è incollata all'esterno. I poli identici dovrebbero essere rivolti verso l'esterno. Quattro magneti con gli stessi poli in alto sono disposti a coppie a una distanza della lunghezza del segmento del tubo. Il rotore è posizionato sopra i magneti sdraiati e sul lato dove è incollata la sfera di plastica, è supportato da un barattolo di plastica. Ecco il cuscinetto magnetico e pronto.

dopo aver visto video di singoli compagni, come

Ho deciso e sarò notato in questo thread. secondo me il video è piuttosto analfabeta, quindi è del tutto possibile fischiare dalle bancarelle.

passando attraverso una serie di schemi nella mia testa, guardando il principio della sospensione nella parte centrale del video di Beletsky, capendo come funziona il giocattolo "levitrnon", sono arrivato a uno schema semplice. è chiaro che dovrebbero esserci due punte di supporto sullo stesso asse, la punta stessa è in acciaio e gli anelli sono fissati rigidamente sull'asse. invece di anelli solidi, è del tutto possibile posizionare magneti non molto grandi a forma di prisma o cilindro disposti in cerchio. Il principio è lo stesso del famoso giocattolo "Livitron". solo al posto del momento geroscopico, che impedisce il ribaltamento del piano, utilizziamo lo "spalmatura" tra le tribune fissate rigidamente sull'asse.

Di seguito un video con un giocattolo "Livitron"

ed ecco lo schema che vi propongo. in effetti, questo è il giocattolo nel video sopra, ma come ho detto, ha bisogno di qualcosa che non permetta alla punta di supporto di ribaltarsi. il video sopra utilizza la coppia giroscopica, io uso due sottobicchieri e un distanziatore tra di loro.

Proviamo a giustificare il lavoro di questo disegno, come lo vedo io:

i magneti si respingono, il che significa un punto debole: è necessario stabilizzare questi picchi lungo l'asse. qui ho usato questa idea: il magnete sta cercando di spingere la punta nell'area con l'intensità di campo più bassa, perché. la punta ha una magnetizzazione opposta all'anello e il magnete stesso è anulare, dove in un'area sufficientemente ampia situata lungo l'asse, l'intensità è inferiore rispetto alla periferia. quelli. la distribuzione dell'intensità del campo magnetico nella forma ricorda un vetro: l'intensità è massima nella parete e minima sull'asse.

il picco dovrebbe stabilizzarsi lungo l'asse, mentre viene spinto fuori dal magnete ad anello nell'area con l'intensità di campo più bassa. quelli. se ci sono due punte di questo tipo sullo stesso asse e i magneti ad anello sono fissati rigidamente, l'asse dovrebbe "appendere".

si scopre che è nella zona con un'intensità di campo inferiore che è energeticamente più favorevole.

Dopo aver cercato su Internet, ho trovato un design simile:

qui si forma anche una zona con meno tensione, si trova anche lungo l'asse tra i magneti, viene utilizzato anche l'angolo. in generale, l'ideologia è molto simile, tuttavia, se parliamo di un cuscinetto compatto, l'opzione sopra sembra migliore, ma richiede magneti di forma speciale. quelli. la differenza tra gli schemi è che estrudo la parte di supporto nella zona con meno tensione e, nello schema sopra, la stessa formazione di tale zona garantisce la posizione sull'asse.
Per chiarezza di confronto, ho ridisegnato il mio diagramma:

sono essenzialmente immagini speculari. in generale, l'idea non è nuova: ruotano tutti attorno alla stessa cosa, ho anche il sospetto che l'autore del video sopra semplicemente non abbia cercato le soluzioni proposte

qui è praticamente uno a uno, se gli arresti conici non sono solidi, ma compositi: un circuito magnetico + un magnete anulare, il mio circuito risulterà. Direi anche che l'idea iniziale non ottimizzata è l'immagine qui sotto. solo l'immagine sopra funziona per "l'attrazione" del rotore e inizialmente avevo pianificato di "respingere"


per i particolarmente dotati, voglio notare che questa sospensione non viola il teorema di Earnshaw (divieto). il fatto è che non si tratta qui di una sospensione puramente magnetica, senza una rigida fissazione dei centri sull'asse, cioè un asse è rigidamente fissato, niente funzionerà. quelli. si tratta di scegliere un fulcro e niente di più.

infatti, se guardi il video di Beletsky, puoi vedere che all'incirca questa configurazione di campi è già utilizzata ovunque, manca solo il tocco finale. il circuito magnetico conico distribuisce la "repulsione" lungo due assi, ma Earnshaw ha ordinato che il terzo asse fosse fissato in modo diverso, non ho discusso e l'ho fissato meccanicamente in modo rigido. perché Beletsky non abbia provato questa opzione, non lo so. infatti, ha bisogno di due "livitron": fissa i supporti sull'asse e collegali alle cime con un tubo di rame.

puoi anche notare che puoi usare punte di qualsiasi diamagnete sufficientemente forte al posto di un magnete di polarità opposta all'anello di supporto magnetico. quelli. sostituire il fascio magnete + circuito magnetico conico, solo con un cono diamagnetico. la fissazione sull'asse sarà più affidabile, ma i diamagneti non differiscono per la forte interazione e per le intensità di campo elevate e un grande "volume" di questo campo è necessario per applicarlo almeno in qualche modo. a causa del fatto che il campo è assialmente uniforme rispetto all'asse di rotazione, non ci saranno cambiamenti nel campo magnetico durante la rotazione, ad es. un tale cuscinetto non crea resistenza alla rotazione.

logicamente, un tale principio dovrebbe essere applicabile anche alla sospensione di plasma: una "bottiglia magnetica" rattoppata (corktron), cosa aspetteremo e vedremo.

perché sono così sicuro del risultato? beh, perché non può che esistere :) l'unica cosa che può essere necessaria sono i circuiti magnetici a forma di cono e coppa per una configurazione di campo più "rigida".
bene, puoi anche trovare un video con una sospensione simile:

qui l'autore non utilizza alcun circuito magnetico e usa l'enfasi sull'ago, come generalmente è necessario, comprendendo il teorema di Earnshaw. ma dopotutto, gli anelli sono già fissati rigidamente sull'asse, il che significa che puoi allargare l'asse tra di loro, cosa che si ottiene facilmente utilizzando nuclei magnetici conici su magneti sull'asse. quelli. fino a quando il "fondo" del "vetro magnetico" non è stato forato, è sempre più difficile spingere il circuito magnetico nell'anello. la permeabilità magnetica dell'aria è inferiore a quella del circuito magnetico: una diminuzione del traferro comporterà un aumento dell'intensità del campo. quelli. un asse è rigidamente fissato meccanicamente, quindi i supporti sull'ago non saranno necessari. quelli. guarda la prima immagine.

PS
ecco cosa ho trovato. della serie, una brutta testa non dà pentimento alle mani - l'autore è ancora Biletsky - è incasinato lì, la mamma non piange - la configurazione del campo è abbastanza complicata, inoltre, non è uniforme lungo l'asse di rotazione, es durante la rotazione si verificherà una variazione dell'induzione magnetica nell'asse con tutto sporgente... prestare attenzione alla pallina nell'anello magnetico, d'altra parte, il cilindro nell'anello magnetico. quelli. l'uomo ha stupidamente sbagliato il principio di sospensione qui descritto.

bene, o saldato la sospensione nella foto, ad es. i peperoni nella foto usano dei supporti sull'ago, e lui ha appeso una pallina al posto dell'ago - oh shaitan - ha funzionato - chi l'avrebbe mai detto (ricordo che mi hanno dimostrato che non capivo correttamente il teorema di Earnshaw), ma a quanto pare non è da pazzi appendere due palline e usare solo due anelli a sufficienza. quelli. il numero di magneti nel dispositivo sul video può essere facilmente ridotto a 4, ed eventualmente fino a 3 cioè una configurazione con un cilindro in un anello e una sfera nell'altro può essere considerata sperimentalmente collaudata, vedere il disegno dell'idea originale. lì ho usato due stop simmetrici e un cilindro + cono, anche se penso che il cono che parte della sfera dal polo al diametro funzioni allo stesso modo.

quindi, l'enfasi stessa appare così: questo è un circuito magnetico (cioè ferro, nichel, ecc.) È solo

viene posato un anello magnetico. la parte reciproca è la stessa, proprio il contrario :) e due arresti funzionano nella spinta - compagno Earnshaw ha proibito di lavorare in una sola fermata.

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Cuscinetti magnetici attivi

Cuscinetti magnetici attivi (AMP)
(prodotto da S2M Société de Mécanique Magnétique SA, 2, rue des Champs, F-27950 St.Marcel, Francia)

Le principali aree di applicazione dei cuscinetti magnetici attivi sono nell'ambito delle turbomacchine. Il concetto di compressori oil-free e turboespansori permette di raggiungere la massima affidabilità anche grazie all'assenza di usura sui componenti della macchina. I cuscinetti magnetici attivi (AMP) sono sempre più utilizzati in molti settori. I cuscinetti magnetici attivi senza contatto vengono utilizzati per migliorare le prestazioni dinamiche, aumentare l'affidabilità e l'efficienza.

Il principio di funzionamento dei cuscinetti magnetici si basa sull'effetto della levitazione in un campo magnetico. L'albero in tali cuscinetti è letteralmente sospeso in un potente campo magnetico. Il sistema di sensori controlla costantemente la posizione dell'albero e invia segnali ai magneti di posizione dello statore, correggendo la forza di attrazione da un lato o dall'altro.

1 . Descrizione generale del sistema AMP

La sospensione magnetica attiva è composta da 2 parti separate:

Cuscinetto;

Sistema di controllo elettronico

La sospensione magnetica è costituita da elettromagneti (bobine di potenza 1 e 3) che attraggono il rotore (2).

componenti AMP

1. Cuscinetto radiale

Il rotore a cuscinetto radiale, dotato di piastre ferromagnetiche, è trattenuto da campi magnetici generati da elettromagneti posti sullo statore.

Il rotore viene trasferito in uno stato sospeso al centro, non a contatto con lo statore. La posizione del rotore è controllata da sensori induttivi. Rilevano qualsiasi deviazione dalla posizione nominale e forniscono segnali che controllano la corrente negli elettromagneti per riportare il rotore nella posizione nominale.

4 bobine poste lungo gli assi V e W e sfalsato con un angolo di 45° rispetto agli assi X e Y , tenere il rotore al centro dello statore. Nessun contatto tra rotore e statore. Gioco radiale 0,5-1 mm; gioco assiale 0,6-1,8 mm.

2. Cuscinetto di spinta

Un cuscinetto reggispinta funziona allo stesso modo. Gli elettromagneti a forma di anello non rimovibile si trovano su entrambi i lati del disco di spinta montato sull'albero. Gli elettromagneti sono fissati sullo statore. Il disco reggispinta viene spinto sul rotore (ad es. calettamento). Gli encoder assiali si trovano solitamente alle estremità dell'albero.

3. Ausiliario (di sicurezza)

cuscinetti

I cuscinetti ausiliari sono utilizzati per supportare il rotore quando la macchina è ferma e in caso di guasto del sistema di controllo AMP. In condizioni operative normali, questi cuscinetti rimangono fissi. La distanza tra i cuscinetti ausiliari e il rotore è solitamente la metà del traferro, tuttavia, se necessario, questo può essere ridotto. I cuscinetti ausiliari sono principalmente cuscinetti a sfere lubrificati solidi, ma possono essere utilizzati altri tipi di cuscinetti come i cuscinetti a strisciamento.

4. Sistema di controllo elettronico

Il sistema di controllo elettronico controlla la posizione del rotore modulando la corrente che passa attraverso gli elettromagneti a seconda dei valori di segnale dei sensori di posizione.

5. Sistema di elaborazione elettronica segnali

Il segnale inviato dall'encoder viene confrontato con un segnale di riferimento che corrisponde alla posizione nominale del rotore. Se il segnale di riferimento è zero, la posizione nominale corrisponde al centro dello statore. Quando si cambia il segnale di riferimento, è possibile spostare la posizione nominale di metà del traferro. Il segnale di deflessione è proporzionale alla differenza tra la posizione nominale e la posizione attuale del rotore. Questo segnale viene trasmesso al processore, che a sua volta invia un segnale correttivo all'amplificatore di potenza.

Rapporto tra segnale di uscita e segnale di deviazioneè determinato dalla funzione di trasferimento. La funzione di trasferimento è scelta per mantenere il rotore con la massima precisione nella sua posizione nominale e per tornare rapidamente e senza intoppi in questa posizione in caso di interferenza. La funzione di trasferimento determina la rigidità e lo smorzamento della sospensione magnetica.

6. Amplificatore di potenza

Questo dispositivo fornisce agli elettromagneti dei cuscinetti la corrente necessaria per creare un campo magnetico che agisce sul rotore. La potenza degli amplificatori dipende dalla forza massima dell'elettromagnete, dal traferro e dal tempo di reazione del sistema di controllo automatico (ovvero dalla velocità alla quale questa forza deve essere modificata quando incontra un ostacolo). Le dimensioni fisiche del sistema elettronico non sono direttamente correlate al peso del rotore della macchina, sono molto probabilmente legate al rapporto dell'indicatore tra la quantità di interferenza e il peso del rotore. Pertanto, un piccolo guscio sarà sufficiente per un grande meccanismo dotato di un rotore relativamente pesante soggetto a poca interferenza. Allo stesso tempo, una macchina soggetta a più interferenze deve essere dotata di un armadio elettrico più grande.

2. Alcune caratteristiche dell'AMP

Vuoto d'aria

Il traferro è lo spazio tra il rotore e lo statore. L'importo del nulla osta indicato e, dipende dal diametro D rotore o cuscinetto.

Come regola generale, vengono utilizzati i seguenti valori:

D (mm)	e(mm)
< 100	0,3 - 0,6
100 - 1 000	0,6 - 1,0

Velocità di rotazione

La velocità massima di rotazione di un cuscinetto magnetico radiale dipende solo dalle caratteristiche delle piastre del rotore elettromagnetico, ovvero dalla resistenza delle piastre alla forza centrifuga. Con gli inserti standard si possono raggiungere velocità circonferenziali fino a 200 m/s. La velocità di rotazione del cuscinetto magnetico assiale è limitata dalla resistenza dell'acciaio fuso del disco reggispinta. Con l'equipaggiamento standard è possibile raggiungere una velocità periferica di 350 m/s.

Il carico dell'AMB dipende dal materiale ferromagnetico utilizzato, dal diametro del rotore e dalla lunghezza longitudinale dello statore di sospensione. Il carico specifico massimo di un AMB realizzato con un materiale standard è 0,9 N/cm². Questo carico massimo è inferiore rispetto ai corrispondenti valori dei cuscinetti classici, tuttavia l'elevata velocità periferica ammissibile consente di aumentare il diametro dell'albero in modo tale da ottenere la maggiore superficie di contatto possibile e quindi lo stesso limite di carico come per un cuscinetto classico senza la necessità di aumentarne la lunghezza. .

Consumo di energia

I cuscinetti magnetici attivi hanno un consumo energetico molto basso. Questo consumo di energia deriva da perdite per isteresi, correnti parassite (correnti di Foucault) nel cuscinetto (potenza assorbita dall'albero) e perdite di calore nel guscio elettronico. Gli AMP consumano 10-100 volte meno energia di quelli classici per meccanismi di dimensioni comparabili. Anche il consumo di energia del sistema di controllo elettronico, che richiede una fonte di corrente esterna, è molto basso. Le batterie vengono utilizzate per mantenere il gimbal in caso di interruzione di rete: in questo caso, si accendono automaticamente.

Condizioni ambientali

AMB può essere installato direttamente nell'ambiente operativo, eliminando completamente la necessità di opportuni innesti e dispositivi, oltre che di barriere per l'isolamento termico. Oggi i cuscinetti magnetici attivi operano in un'ampia varietà di condizioni: vuoto, aria, elio, idrocarburi, ossigeno, acqua di mare ed esafluoruro di uranio, nonché a temperature da -253° C a + 450 ° CON.

3. Vantaggi dei cuscinetti magnetici

• Senza contatto/senza liquidi
  - nessun attrito meccanico
  - mancanza di olio
  - aumento della velocità periferica
  
• Migliorare l'affidabilità
  - affidabilità operativa del quadro elettrico > 52.000 h.
  - affidabilità operativa dei cuscinetti EM > 200.000 h.
  - quasi totale mancanza di manutenzione preventiva
  
• Dimensioni ridotte della turbomacchina
  - nessun sistema di lubrificazione
  - dimensioni ridotte (P = K*L*D²*N)
  - meno peso
  
• Monitoraggio
  - carico portante
  - carico turbomacchina
• Parametri regolabili
  - sistema di controllo cuscinetti magnetici attivi
  - rigidità (varia a seconda della dinamica del rotore)
  - smorzamento (varia a seconda della dinamica del rotore)
  
• Funzionamento senza guarnizioni (compressore e azionamento in un unico alloggiamento)
  - cuscinetti nel gas di processo
  - ampio range di temperature di esercizio
  - ottimizzazione della dinamica del rotore grazie al suo accorciamento

Il vantaggio indiscutibile dei cuscinetti magnetici è la completa assenza di superfici di sfregamento e, di conseguenza, l'usura, l'attrito e, soprattutto, l'assenza di particelle dall'area di lavoro generate durante il funzionamento dei cuscinetti tradizionali.

I cuscinetti magnetici attivi si distinguono per l'elevata capacità di carico e la resistenza meccanica. Possono essere utilizzati ad alte velocità di rotazione, così come nel vuoto ea varie temperature.

Materiali forniti da S2M, Francia ( www.s2m.fr).