Svi znaju da magneti privlače metale. Također, jedan magnet može privući drugi. Ali interakcija među njima nije ograničena na privlačnost, mogu se međusobno odbijati. Stvar je u polovima magneta – suprotni polovi se privlače, isti polovi odbijaju. Ovo svojstvo je osnova svih elektromotora, i to prilično snažnih.
Postoji i levitacija pod utjecajem magnetskog polja, kada predmet postavljen iznad magneta (koji ima sličan stup) visi u prostoru. Ovaj učinak je u praksi primijenjen u tzv. magnetskom ležaju.
Što je magnetski ležaj
Uređaj elektromagnetskog tipa u kojem je rotirajuća osovina (rotor) poduprta u nepokretnom dijelu (statoru) silama magnetskog toka naziva se magnetski ležaj. Kada je mehanizam u radu, na njega utječu fizičke sile koje teže pomicanju osi. Kako bi ih prevladao, magnetski ležaj je opremljen kontrolnim sustavom koji prati opterećenje i daje signal za kontrolu jačine magnetskog toka. Magneti su pak jači iliima manji učinak na rotor, držeći ga u središnjem položaju.
Magnetski ležaj se naširoko koristi u industriji. To su u osnovi snažni turbostrojevi. Zbog odsutnosti trenja i, sukladno tome, potrebe za korištenjem maziva, pouzdanost strojeva se višestruko povećava. Istrošenost čvorova praktički se ne opaža. Također poboljšava kvalitetu dinamičkih karakteristika i povećava učinkovitost.
Aktivni magnetski ležajevi
Magnetski ležaj, gdje se polje sile stvara uz pomoć elektromagneta, naziva se aktivnim. Pozicijski elektromagneti smješteni su u statoru ležaja, rotor je predstavljen metalnom osovinom. Cijeli sustav koji drži osovinu u jedinici naziva se aktivni magnetski ovjes (AMP). Ima složenu strukturu i sastoji se od dva dijela:
- blok ležaja;
- elektronički upravljački sustavi.
Osnovni elementi AMP-a
Radijalni ležaj. Uređaj koji ima elektromagnete na statoru. Oni drže rotor. Na rotoru se nalaze posebne feromagnetne ploče. Kada je rotor ovješen na središnjoj točki, nema kontakta sa statorom. Induktivni senzori prate najmanje odstupanje položaja rotora u prostoru od nominalnog. Njihovi signali kontroliraju snagu magneta u jednom ili drugom trenutku kako bi se uspostavila ravnoteža u sustavu. Radijalni zazor je 0,50-1,00 mm, aksijalni zazor je 0,60-1,80 mm
- Magnetski ležajpotisak radi na isti način kao i radijalni. Na osovinu rotora pričvršćen je potisni disk, s obje strane na statoru su postavljeni elektromagneti.
- Sigurnosni ležajevi dizajnirani su da drže rotor kada je uređaj isključen ili u hitnim situacijama. Tijekom rada, pomoćni magnetski ležajevi nisu uključeni. Razmak između njih i osovine rotora je upola manji od magnetskog ležaja. Sigurnosni elementi se sastavljaju na temelju kugličnih uređaja ili kliznih ležajeva.
- Upravljačka elektronika uključuje senzore položaja osovine rotora, pretvarače i pojačala. Cijeli sustav radi na principu podešavanja magnetskog toka u svakom pojedinom elektromagnetskom modulu.
Pasivni magnetski ležajevi
Trajni magnetni ležajevi su sustavi za držanje osovine rotora koji ne koriste upravljački krug s povratnom spregom. Levitacija se provodi samo zahvaljujući silama trajnih magneta visoke energije.
Nedostatak takvog ovjesa je potreba za korištenjem mehaničkog zaustavljanja, što dovodi do stvaranja trenja i smanjuje pouzdanost sustava. Magnetsko zaustavljanje u tehničkom smislu još nije implementirano u ovoj shemi. Stoga se u praksi pasivni ležaj koristi rijetko. Postoji patentirani model, na primjer, ovjes Nikolaev, koji još nije repliciran.
Magnetna traka u ležaju kotača
Koncept"magnetski ležaj kotača" odnosi se na ASB sustav, koji se široko koristi u modernim vozilima. ASB ležaj se razlikuje po tome što unutra ima ugrađen senzor brzine kotača. Ovaj senzor je aktivni uređaj ugrađen u odstojnik ležaja. Izgrađen je na temelju magnetskog prstena na kojem se izmjenjuju polovi elementa koji očitava promjenu magnetskog toka.
Kada se ležaj okreće, dolazi do stalne promjene u magnetskom polju koje stvara magnetski prsten. Senzor registrira ovu promjenu i generira signal. Signal se zatim šalje mikroprocesoru. Zahvaljujući njemu funkcioniraju sustavi poput ABS-a i ESP-a. Već ispravljaju rad automobila. ESP je odgovoran za elektroničku stabilizaciju, ABS regulira rotaciju kotača, razina pritiska u sustavu je kočnica. Nadzire rad upravljačkog sustava, ubrzanje u bočnom smjeru, a također ispravlja rad mjenjača i motora.
Glavna prednost ASB ležaja je mogućnost kontrole brzine vrtnje čak i pri vrlo malim brzinama. Istodobno su poboljšani pokazatelji težine i veličine glavčine, pojednostavljena je ugradnja ležaja.
Kako napraviti magnetski ležaj
Najjednostavniji magnetni ležaj koji se može napraviti sam lako je napraviti. Nije prikladan za praktičnu uporabu, ali će jasno pokazati mogućnosti magnetske sile. Da biste to učinili, potrebna su vam četiri neodimijska magneta istog promjera, dva magneta nešto manjeg promjera, osovina, na primjer, komad plastične cijevi i naglasak,na primjer staklenu posudu od pola litre. Magneti manjeg promjera pričvršćeni su na krajeve cijevi vrućim ljepilom na način da se dobije zavojnica. U sredini jednog od ovih magneta izvana je zalijepljena plastična kuglica. Identični stupovi trebaju biti okrenuti prema van. Četiri magneta s istim polovima prema gore položena su u parovima na udaljenosti od duljine segmenta cijevi. Rotor se postavlja preko ležećih magneta i sa strane na kojoj je zalijepljena plastična kugla podupire se plastičnom staklenkom. Ovdje je magnetni ležaj i spreman.
