Магнитни лагери и закачалки

Магнитни лагери и закачалки

Разработването на модели на магнитни окачвания и лагери беше насочено към изучаване на тяхното поведение в различни условия, определяне на насоки за подобряване на дизайна, както и разработване на принципа на активно управление: сензори за положение, електромагнитни задвижвания, електронни системи за управление. Първоначалната работа беше извършена в рамките на проекта за космическа платформа "Regata-Plasma" (SKB KP IKI RAS, Tarusa), продължаването на работата беше извършено със собствени сили и средства.

На фиг. 1 показва диаграма на най-простия магнитен лагер с пасивно радиално [9] и активно аксиално [1, 6] управление. За да се опрости максимално дизайна, пролуките между двойките аксиално магнетизирани и работещи на привличащи магнитни пръстени са избрани достатъчно големи (до 5 mm). За да се осигури затихване по радиалните координати, алуминиеви плочи с дебелина 3 mm се вкарват в процепа между пръстените (прикрепен към лагерния статор). Аксиалната твърдост се осигурява от магнитоелектрическо задвижване, което се състои от аксиално магнетизиран постоянен магнит, фиксиран върху оста на роторния лагер и поставен в двойка противоположно свързани намотки. Изчисляването на магнитоелектрическото задвижване може да се извърши с помощта на програмата M_Drive [3]. Контролът на позицията по аксиалната координата се осъществява с помощта на фотоелектричен сензор за положение [5], който се състои от непрозрачен затвор, от двете страни на който има два оптрона с отворен оптичен канал (LED - фотодиод). На фиг. 2 показва схематична диаграма на електронната част на фотосензора. Схематична диаграма на аксиалната система за управление на координатите е показана на фиг. 3. Включва две връзки - пропорционална и диференцираща, което позволява контрол и затихване по тази координата с чисто електронни средства.

лагери

Фигура: 1. Модел на най-простия магнитен лагер с пасивно радиално и активно аксиално управление: 1 - основа на статора (алуминий), 2 - постоянен магнит (самарий-кобалт, пръстен), 3 - амортисьорно уплътнение (алуминий), 4 - постоянен магнит (самарий -кобалт, пръстен), 5 - основа на ротора (алуминий), 6 - ос, 7 - LED, 8 - фотодиод, 9 - позиционен фотосензорен затвор, 10 - постоянен магнит на магнитоелектрическо задвижване (самарий-кобалт, пръстен), 11 - намотки на магнитоелектрическо задвижване.

постоянен магнит

Фигура: 2. Електрическата схематична схема на позиционния фотосензор на операционния усилвател KR140UD1408.

лагери

Фигура: 3. Електрическа принципна схема на системата за автоматично управление на магнитния лагер.

При работа с модел на най-простия магнитен лагер бяха разкрити следните недостатъци:

  1. Високата нехомогенност на намагнитването на пръстените (по ъгловата координата) води до появата на голям спирачен момент по време на въртене и бие по оста.
  2. Ниска радиална твърдост поради голям хлабина и недостатъчно амортизиране.
  3. Голяма консумация на енергия за единица усилие по оста в резултат на магнитната отвореност на магнитоелектрическото задвижване и недостатъчно ефективна, следователно, използването на намотка.
  4. Висока стойност на магнитната индукция на разсеяните полета.

За да се премахнат частично тези недостатъци, е проектиран магнитен лагер, показан на фиг. 4. Той съчетава агрегати за радиално и аксиално стабилизиране на лагера. Полето на бобината е затворено през стоманена сърцевина (клетка), което значително намалява разхода на енергия за единица аксиална сила. Освен това този дизайн свежда до минимум разсеяните полета. Като датчик за положение се използва капацитивен сензор [4, 11], който представлява диференциален кондензатор, свързан към веригата, показана на фиг. пет.