Iedereen weet dat magneten de neiging hebben metalen aan te trekken. Ook kan de ene magneet een andere aantrekken. Maar de interactie tussen hen beperkt zich niet tot aantrekking, ze kunnen elkaar afstoten. De materie zit in de polen van de magneet - tegengestelde polen trekken aan, dezelfde polen stoten af. Deze eigenschap is de basis van alle elektromotoren, en behoorlijk krachtige.
Er bestaat ook zoiets als levitatie onder invloed van een magnetisch veld, wanneer een object dat over een magneet is geplaatst (met een gelijkaardige pool) in de ruimte hangt. Dit effect is in de praktijk gebracht in het zogenaamde magnetische lager.
Wat is een magnetisch lager
Een apparaat van het elektromagnetische type waarin een roterende as (rotor) wordt ondersteund in een stationair onderdeel (stator) door magnetische fluxkrachten, wordt een magnetisch lager genoemd. Wanneer het mechanisme in werking is, wordt het beïnvloed door fysieke krachten die de neiging hebben om de as te verschuiven. Om ze te overwinnen, was het magnetische lager uitgerust met een controlesysteem dat de belasting bewaakt en een signaal geeft om de sterkte van de magnetische flux te regelen. Magneten zijn op hun beurt sterker ofheeft minder effect op de rotor, waardoor deze in de middenpositie blijft.
Magnetisch lager wordt veel gebruikt in de industrie. Dit zijn in feite krachtige turbomachines. Door de afwezigheid van wrijving en daarmee de noodzaak om smeermiddelen te gebruiken, wordt de betrouwbaarheid van machines vele malen vergroot. Slijtage van knooppunten wordt praktisch niet waargenomen. Het verbetert ook de kwaliteit van de dynamische eigenschappen en verhoogt de efficiëntie.
Actieve magnetische lagers
Magnetische lagering, waarbij het krachtveld wordt gecreëerd met behulp van elektromagneten, wordt actief genoemd. Positionele elektromagneten bevinden zich in de lagerstator, de rotor wordt weergegeven door een metalen as. Het hele systeem dat de as in de unit houdt, wordt actieve magnetische ophanging (AMP) genoemd. Het heeft een complexe structuur en bestaat uit twee delen:
- lagerblok;
- elektronische regelsystemen.
Basiselementen van de AMP
Radiaallager. Een apparaat met elektromagneten op de stator. Ze houden de rotor vast. Op de rotor zitten speciale ferromagneetplaten. Wanneer de rotor in het middelpunt hangt, is er geen contact met de stator. Inductieve sensoren volgen de kleinste afwijking van de rotorpositie in de ruimte van de nominale waarde. Signalen van hen regelen de sterkte van de magneten op een of ander punt om het evenwicht in het systeem te herstellen. De radiale speling is 0,50-1,00 mm, de axiale speling is 0,60-1,80 mm
- Magnetisch lagerstuwkracht werkt op dezelfde manier als radiaal. Op de rotoras is een drukschijf bevestigd, aan beide zijden zijn elektromagneten op de stator gemonteerd.
- Veiligheidslagers zijn ontworpen om de rotor vast te houden wanneer het apparaat is uitgeschakeld of in noodsituaties. Tijdens bedrijf zijn er geen magnetische hulplagers. De opening tussen hen en de rotoras is de helft van die van een magnetisch lager. Veiligheidselementen worden gemonteerd op basis van kogellagers of glijlagers.
- Besturingselektronica omvat rotoraspositiesensoren, converters en versterkers. Het hele systeem werkt volgens het principe van het aanpassen van de magnetische flux in elke afzonderlijke elektromagneetmodule.
Passieve magnetische lagers
Permanente magneetlagers zijn rotorashoudersystemen die geen feedbackregelcircuit gebruiken. Levitatie wordt alleen uitgevoerd door de krachten van hoogenergetische permanente magneten.
Het nadeel van een dergelijke ophanging is de noodzaak om een mechanische stop te gebruiken, wat leidt tot de vorming van wrijving en de betrouwbaarheid van het systeem vermindert. De magnetische stop in technische zin is in dit schema nog niet geïmplementeerd. Daarom wordt in de praktijk een passieflager zelden gebruikt. Er is een gepatenteerd model, bijvoorbeeld een Nikolaev-ophanging, die nog niet is gerepliceerd.
Magneetband in wiellager
Concept"magnetische wiellagers" verwijst naar het ASB-systeem, dat veel wordt gebruikt in moderne voertuigen. Het ASB-lager is anders omdat het een ingebouwde wielsnelheidssensor heeft. Deze sensor is een actief apparaat ingebed in de lagerafstandhouder. Het is gebouwd op basis van een magnetische ring waarop de polen van een element dat de verandering in magnetische flux leest, elkaar afwisselen.
Wanneer het lager draait, is er een constante verandering in het magnetische veld dat door de magnetische ring wordt gecreëerd. De sensor registreert deze verandering en genereert een signaal. Het signaal wordt vervolgens naar de microprocessor gestuurd. Hierdoor werken systemen als ABS en ESP. Ze corrigeren al het werk van de auto. ESP is verantwoordelijk voor elektronische stabilisatie, ABS regelt de rotatie van de wielen, het drukniveau in het systeem is de rem. Het bewaakt de werking van het stuursysteem, de acceleratie in zijwaartse richting en corrigeert ook de werking van de transmissie en de motor.
Het belangrijkste voordeel van het ASB-lager is de mogelijkheid om de rotatiesnelheid te regelen, zelfs bij zeer lage snelheden. Tegelijkertijd zijn de gewichts- en maatindicatoren van de naaf verbeterd, de installatie van het lager is vereenvoudigd.
Hoe maak je een magnetisch lager
Het eenvoudigste doe-het-zelf magneetlager is gemakkelijk te maken. Het is niet geschikt voor praktisch gebruik, maar het zal duidelijk de mogelijkheden van magnetische kracht laten zien. Hiervoor heb je vier neodymium-magneten van dezelfde diameter nodig, twee magneten met een iets kleinere diameter, een schacht, bijvoorbeeld een stuk plastic buis en een nadruk,bijvoorbeeld een glazen pot van een halve liter. Magneten met een kleinere diameter worden met hete lijm aan de uiteinden van de buis bevestigd, zodanig dat er een spoel ontstaat. In het midden van een van deze magneten is aan de buitenkant een plastic bol gelijmd. Identieke polen moeten naar buiten wijzen. Vier magneten met dezelfde polen zijn paarsgewijs op een afstand van de lengte van het buissegment opgesteld. De rotor wordt over de liggende magneten geplaatst en aan de kant waar de plastic bal is gelijmd, wordt deze ondersteund met een plastic pot. Hier is het magnetische lager en klaar.
