비접촉 자기 베어링: 장치, 기능, 장단점

자기 베어링 또는 비접촉식 서스펜션에 대해 말할 때, 윤활이 필요하지 않고 마찰 부품이 없으므로 마찰 손실이 없으며 진동 수준이 매우 낮고 상대 속도가 높으며 에너지 소비가 적고 자동 제어 및 베어링 모니터링과 같은 놀라운 품질에 주목하지 않을 수 없습니다. 체계, 바다표범 어업 기능.

이러한 모든 장점으로 인해 자기 베어링은 가스 터빈, 극저온 기술, 고속 발전기, 진공 장치, 다양한 금속 절삭 기계 및 고정밀 및 고속을 포함한 기타 장비에 대한 다양한 응용 분야에서 자기 베어링을 최고의 솔루션으로 만듭니다. (약 100,000 rpm ) 기계적 손실, 외란 및 오류가 없는 것이 중요합니다.

기본적으로 자기 베어링은 수동 및 능동 자기 베어링의 두 가지 유형으로 분류됩니다. 패시브 자기 베어링 제조 영구 자석 기반, 그러나이 접근 방식은 이상적이지 않으므로 거의 사용되지 않습니다.와이어 권선의 교류 전류에 의해 자기장이 생성되는 능동 베어링으로 ​​보다 유연하고 광범위한 기술적 가능성이 열립니다.

비접촉 자기 베어링 작동 원리

능동 자기 서스펜션 또는 베어링의 작동은 전자기 부상(전기장과 자기장을 사용하는 부상)의 원리를 기반으로 합니다. 여기에서 베어링의 샤프트 회전은 표면이 서로 물리적으로 접촉하지 않고 발생합니다. 이러한 이유로 윤활이 완전히 배제되고 기계적 마모가 여전히 없습니다. 이것은 기계의 신뢰성과 효율성을 증가시킵니다.

전문가들은 또한 로터 샤프트의 위치 모니터링의 중요성에 주목합니다. 센서 시스템은 샤프트의 위치를 ​​지속적으로 모니터링하고 고정자의 포지셔닝 자기장을 조정하여 정밀한 포지셔닝을 위해 자동 제어 시스템에 신호를 제공합니다. 활성 베어링의 고정자 권선.

2개의 테이퍼형 액티브 베어링 또는 2개의 레이디얼 및 1개의 액시얼 액티브 베어링을 사용하면 말 그대로 공중에서 접촉하지 않고 로터를 현가할 수 있습니다. 짐벌 제어 시스템은 지속적으로 작동하며 디지털 또는 아날로그일 수 있습니다. 이것은 높은 유지 강도, 높은 부하 용량 및 조정 가능한 강성 및 충격 흡수를 제공합니다. 이 기술을 통해 베어링은 저온 및 고온, 진공, 고속 및 멸균에 대한 요구 사항이 증가한 조건에서 작동할 수 있습니다.

액티브 비접촉 자기 베어링 장치

위에서부터 활성 자기 서스펜션 시스템의 주요 부분은 자기 베어링과 자동 전자 제어 시스템이라는 것이 분명합니다. 전자석은 항상 다른 측면에서 회전자에 작용하며 그 작용은 전자 제어 시스템에 종속됩니다.

레이디얼 마그네틱 베어링 로터에는 고정자 권선의 유지 자기장에 의해 작용하는 강자성 플레이트가 장착되어 있어 로터가 접촉하지 않고 고정자 중앙에 매달려 있습니다.유도 센서는 위치를 모니터링합니다. 항상 로터. 올바른 위치에서 벗어나면 로터를 원하는 위치로 되돌리라는 신호가 컨트롤러로 전송됩니다. 방사형 클리어런스는 0.5 ~ 1mm일 수 있습니다.

자기 지지 베어링도 비슷한 방식으로 작동합니다. 링 모양의 전자석이 트랙션 디스크 샤프트에 부착되어 있습니다. 전자석은 고정자에 있습니다. 축 방향 센서는 샤프트 끝에 있습니다.

정지 중 또는 고정 시스템 고장 시 기계의 로터를 안정적으로 유지하기 위해 안전 볼 베어링이 사용되며, 볼 베어링과 샤프트 사이의 간격이 자기 베어링의 절반으로 설정되도록 고정됩니다. .

자동 제어 시스템은 캐비닛에 있으며 회전자 위치 센서의 신호에 따라 전자석을 통해 흐르는 전류의 정확한 변조를 담당합니다. 증폭기의 전력은 전자석의 최대 강도, 에어 갭의 크기 및 로터 위치 변경에 대한 시스템의 반응 시간과 관련이 있습니다.

비접촉 자기 베어링의 가능성

레이디얼 자기 베어링에서 가능한 최대 로터 속도는 원심력에 저항하는 강자성 로터 플레이트의 능력에 의해서만 제한됩니다. 일반적으로 주변 속도의 한계는 200m/s이며, 축 자기 베어링의 경우 한계는 정지 주강의 저항에 의해 제한됩니다. 일반 재료의 경우 350m/s입니다.

적용된 강자성체는 베어링이 해당 베어링 고정자 직경 및 길이로 견딜 수 있는 최대 하중을 결정합니다. 표준재질의 경우 최대압력은 0.9N/cm2로 기존 컨택트베어링보다 낮지만 축경을 증가시켜 높은 주변속도로 부하손실을 보상할 수 있다.

활성 자기 베어링의 전력 소비는 그다지 높지 않습니다. 베어링에서 가장 큰 손실은 맴돌이 전류로 인한 것이지만 이는 기계에서 기존 베어링을 사용할 때 손실되는 에너지보다 10배 적습니다. 커플 링, 열 장벽 및 기타 장치를 제외하고 베어링은 진공, 헬륨, 산소, 해수 등에서 효과적으로 작동합니다. 온도 범위는 -253 ° C ~ + 450 ° C입니다.

자기 베어링의 상대적 단점

한편 자기 베어링에도 단점이 있습니다.

우선 최대 두 번의 고장을 견딜 수 있는 보조 안전 구름 베어링을 사용해야 하며 그 후에는 새 것으로 교체해야 합니다.

둘째, 자동 제어 시스템의 복잡성으로 고장이 나면 복잡한 수리가 필요합니다.

셋째, 높은 전류에서 베어링 고정자 권선의 온도가 상승합니다. 권선이 가열되고 자체 냉각, 바람직하게는 액체 냉각이 필요합니다.

마지막으로, 비접촉식 베어링의 재료 소비는 충분한 자기력을 지원하기 위해 베어링 표면이 커야 하기 때문에 높습니다. 베어링의 고정자 코어는 크고 무겁습니다. 플러스 자기 포화 현상.

그러나 명백한 단점에도 불구하고 자기 베어링은 현재 고정밀 광학 시스템과 레이저 설치를 포함하여 널리 사용되고 있습니다. 어쨌든 지난 세기 중반부터 자기 베어링은 항상 개선되었습니다.