Každý ví, že magnety mají tendenci přitahovat kovy. Také jeden magnet může přitahovat druhý. Ale interakce mezi nimi není omezena na přitažlivost, mohou se navzájem odpuzovat. Hmota je v pólech magnetu - opačné póly se přitahují, stejné póly se odpuzují. Tato vlastnost je základem všech elektromotorů, a to docela silných.
Existuje také něco jako levitace pod vlivem magnetického pole, kdy předmět umístěný nad magnetem (má podobný pól) visí v prostoru. Tento efekt byl uveden do praxe v tzv. magnetickém ložisku.
Co je magnetické ložisko
Zařízení elektromagnetického typu, ve kterém je rotující hřídel (rotor) podporován ve stacionární části (statoru) silami magnetického toku, se nazývá magnetické ložisko. Když je mechanismus v provozu, je ovlivňován fyzikálními silami, které mají tendenci posouvat osu. Pro jejich překonání bylo magnetické ložisko vybaveno řídicím systémem, který monitoruje zátěž a dává signál k řízení síly magnetického toku. Magnety jsou zase silnější respmá menší vliv na rotor a udržuje jej ve středové poloze.
Magnetické ložisko bylo široce používáno v průmyslu. Jedná se v podstatě o výkonné lopatkové stroje. Vzhledem k absenci tření, a tedy i nutnosti používat maziva, se spolehlivost strojů mnohonásobně zvyšuje. Opotřebení uzlů se prakticky nepozoruje. Zlepšuje také kvalitu dynamických charakteristik a zvyšuje účinnost.
Aktivní magnetická ložiska
Magnetické ložisko, kde je silové pole vytvářeno pomocí elektromagnetů, se nazývá aktivní. Polohové elektromagnety jsou umístěny v ložiskovém statoru, rotor je reprezentován kovovou hřídelí. Celý systém, který drží hřídel v jednotce, se nazývá aktivní magnetické odpružení (AMP). Má složitou strukturu a skládá se ze dvou částí:
- ložiskový blok;
- elektronické řídicí systémy.
Základní prvky AMP
Radiální ložisko. Zařízení, které má na statoru elektromagnety. Drží rotor. Na rotoru jsou speciální feromagnetické desky. Když je rotor zavěšen ve středu, nedochází ke kontaktu se statorem. Indukční snímače sledují sebemenší odchylku polohy rotoru v prostoru od jmenovité. Signály z nich řídí sílu magnetů v jednom nebo druhém bodě, aby obnovily rovnováhu v systému. Radiální vůle je 0,50-1,00 mm, axiální vůle je 0,60-1,80 mm
- Magnetické ložiskotah funguje stejným způsobem jako radiální. Na hřídeli rotoru je upevněn přítlačný kotouč, na jehož obou stranách jsou na statoru umístěny elektromagnety.
- Bezpečnostní ložiska jsou navržena tak, aby držela rotor, když je zařízení vypnuté nebo v nouzových situacích. Během provozu nejsou zapojena pomocná magnetická ložiska. Mezera mezi nimi a hřídelí rotoru je poloviční než u magnetického ložiska. Bezpečnostní prvky jsou montovány na bázi kuličkových zařízení nebo kluzných ložisek.
- Řídící elektronika zahrnuje snímače polohy hřídele rotoru, převodníky a zesilovače. Celý systém funguje na principu úpravy magnetického toku v každém jednotlivém modulu elektromagnetu.
Ložiska pasivního magnetického typu
Ložiska s permanentními magnety jsou systémy držení hřídele rotoru, které nepoužívají zpětnovazební řídicí obvod. Levitace se provádí pouze díky silám vysokoenergetických permanentních magnetů.
Nevýhodou takového odpružení je nutnost použití mechanického dorazu, což vede ke vzniku tření a snižuje spolehlivost systému. Magnetický doraz v technickém smyslu nebyl v tomto schématu dosud implementován. Proto se v praxi pasivní ložisko používá zřídka. Existuje patentovaný model, například Nikolaevův závěs, který dosud nebyl replikován.
Magnetická páska v ložisku kola
Koncept"magnetické ložisko kola" odkazuje na systém ASB, který je široce používán v moderních vozidlech. Ložisko ASB se liší tím, že má uvnitř zabudovaný snímač rychlosti kola. Tento snímač je aktivní zařízení zabudované do distanční vložky ložiska. Je postaven na základě magnetického prstence, na kterém se střídají póly prvku, který čte změnu magnetického toku.
Když se ložisko otáčí, dochází k neustálé změně magnetického pole vytvářeného magnetickým kroužkem. Senzor tuto změnu zaregistruje a vygeneruje signál. Signál je poté odeslán do mikroprocesoru. Díky němu fungují systémy jako ABS a ESP. Už opravují práci auta. ESP má na starosti elektronickou stabilizaci, ABS reguluje otáčení kol, úroveň tlaku v systému je brzda. Sleduje činnost systému řízení, zrychlení v příčném směru a také koriguje činnost převodovky a motoru.
Hlavní výhodou ložiska ASB je schopnost řídit rychlost otáčení i při velmi nízkých rychlostech. Zároveň se zlepšily ukazatele hmotnosti a velikosti náboje, zjednodušila se montáž ložiska.
Jak vyrobit magnetické ložisko
Nejjednodušší magnetické ložisko pro kutily je snadné vyrobit. Pro praktické použití se nehodí, ale názorně ukáže možnosti magnetické síly. K tomu potřebujete čtyři neodymové magnety stejného průměru, dva magnety o něco menšího průměru, hřídel, například kus plastové trubky a zdůraznění,například půllitrovou skleněnou nádobu. Magnety menšího průměru jsou připevněny ke koncům trubky horkým lepidlem tak, aby se získala cívka. Uprostřed jednoho z těchto magnetů je z vnější strany nalepena plastová kulička. Identické póly by měly směřovat ven. Čtyři magnety se stejnými póly nahoru jsou rozmístěny v párech ve vzdálenosti délky trubkového segmentu. Rotor je umístěn nad ležícími magnety a na straně, kde je nalepena plastová kulička, je podepřen plastovou nádobou. Zde je magnetické ložisko a připraveno.
