Электромагнитный подвес: Магнитный подшипник — Википедия – Электромагнитный подвес – Электромагнитный подвес

Магнитный подшипник — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Магнитный подшипник

Магнитный подшипник — элемент опоры осей, валов и других деталей, работающих на принципе магнитной левитации. В результате опора является механически бесконтактной. В целом различают пассивные и активные магнитные подшипники. Но если активные магнитные подшипники уже получили определенное распространение, то пассивные подшипники (где магнитное поле создается высокоэнергетическими постоянными магнитами, например, NdFeB) только на стадии разработки.

Преимущества

Основным преимуществом этих подшипников является отсутствие контакта и вытекающие отсюда:

• высокая износостойкость;
• возможность использования подшипника в агрессивных средах, при высоких или низких температурах (Луна, Марс).

Недостатки

• В случае исчезновения магнитного поля, что может быть катастрофическим для целой механической системы, нужно обеспечить страховочные подшипники. Обычно это подшипники качения, которые в этом случае могут выдерживать один или два отказа магнитных подшипников, после чего их необходимо заменить.
• Вследствиe того, что магнитное притяжение включает в себя определенную неустойчивость, используют довольно сложные и громоздкие системы управления, которые затрудняют ремонт и эксплуатацию подшипника.
• Нагревание. Обмотка подшипника нагревается вследствие прохождения через неё тока. Иногда это нежелательно, поэтому устанавливаются дополнительные системы охлаждения.

Преимущества магнитных подшипников включают очень низкое и предсказуемое трение, возможность работы без смазки и в вакууме. Они всё чаще используются в промышленных механизмах, таких, как компрессоры, турбины, насосы, моторы и генераторы. Магнитные подшипники используются при генерации электроэнергии, в переработке нефти, в работе станков и при передаче природного газа. Также они используются в газовых центрифугах^[1], для обогащения урана и в турбомолекулярных насосах, где механические подшипники со смазкой были бы источником нежелательного загрязнения.

Поезда на магнитных подушках — Маглев. Как работает? Рекорд скорости. Из серии «Перспективный высокоскоростной транспорт.»

Поезда на магнитных подушках — это транспорт будущего? Как работает поезд на магнитной подушке?

Уже более двухсот лет прошло с того момента, когда человечество изобрело первые паровозы. Однако до сих пор железнодорожный наземный транспорт, перевозящий пассажиров и тяжеловесные грузы при помощи силы электричества и дизельного топлива, весьма распространен.

Стоит сказать о том, что все эти годы инженеры-изобретатели активно работали над созданием альтернативных способов перемещения. Результатом их труда стали поезда на магнитных подушках.

История появления

Сама идея создать поезда на магнитных подушках активно разрабатывалась еще в начале двадцатого века. Однако воплотить данный проект в то время по ряду причин так и не удалось. К изготовлению подобного поезда приступили лишь в 1969 г. Именно тогда на территории ФРГ начали укладывать магнитную трассу, по которой должно было пройти новое транспортное средство, которое впоследствии назвали так: поезд-маглев. Запущено оно было в 1971 г. По магнитной трассе прошел первый поезд-маглев, который назывался «Трансрапид-02».

Интересен тот факт, что немецкие инженеры изготавливали альтернативное транспортное средство на основании тех записей, которые оставил ученый Герман Кемпер, еще в 1934 г. получивший патент, подтверждавший изобретение магнитоплана.

«Трансрапид-02» сложно назвать очень быстрым. Он мог перемещаться с максимальной скоростью в 90 километров в час. Низкой была и его вместимость – всего четыре человека.

В 1979 г. создали более усовершенствованную модель маглева. Этот поезд, носящий название «Трансрапид-05», мог перевозить уже шестьдесят восемь пассажиров. Перемещался он по линии, расположенной в городе Гамбурге, протяженность которой составляла 908 метров. Максимальная скорость, которую развивал этот поезд, была равна семидесяти пяти километрам в час.

В том же 1979 г. в Японии была выпущена другая модель маглева. Ее назвали «МЛ-500». Японский поезд на магнитной подушке развивал скорость до пятисот семнадцати километров в час.

Конкурентоспособность

Скорость, которую могут развить поезда на магнитных подушках, можно сравнить со скоростью самолетов. В связи с этим данный вид транспорта может стать серьезным конкурентом тем воздушным авиалиниям, которые работают на расстоянии до тысячи километров. Повсеместному применению маглевов препятствует тот факт, что перемещаться по традиционным железнодорожным покрытиям они не могут. Поезда на магнитных подушках нуждаются в построении специальных магистралей. А это требует крупных вложений капитала. Считается также, что создаваемое для маглевов магнитное поле способно негативно влиять на организм человека, что отрицательно скажется на здоровье машиниста и жителей регионов, находящихся неподалеку от такой трассы.

Принцип работы

Поезда на магнитных подушках представляют собой особую разновидность транспорта. Во время движения маглев словно парит над железнодорожным полотном, не касаясь его. Это происходит по той причине, что транспортное средство управляется силой искусственно созданного магнитного поля. Во время движения маглева отсутствует трение. Тормозящей силой при этом является аэродинамическое сопротивление.

Как же это работает? О том, какими базовыми свойствами обладают магниты, каждому из нас известно из уроков физики шестого класса. Если два магнита поднести друг к другу северными полюсами, то они будут отталкиваться. Создается так называемая магнитная подушка. При соединении различных полюсов магниты притянутся друг к другу. Этот довольно простой принцип и лежит в основе движения поезда-маглева, который буквально скользит по воздуху на незначительном расстоянии от рельсов.

В настоящее время уже разработано две технологии, при помощи которых приводится в действие магнитная подушка или подвес. Третья является экспериментальной и существует только на бумаге.

Электромагнитный подвес

Эта технология носит название EMS. В ее основе лежит сила электромагнитного поля, изменяющаяся во времени. Она и вызывает левитацию (подъем в воздухе) маглева. Для движения поезда в данном случае необходимы Т-образные рельсы, которые выполняются из проводника (как правило, из металла). Этим работа системы похожа на обычную железную дорогу. Однако в поезде вместо колесных пар установлены опорные и направляющие магниты. Их располагают параллельно ферромагнитным статорам, находящимся по краю Т-образного полотна.

Основным недостатком технологии EMS является необходимость контроля над расстоянием между статором и магнитами. И это при том, что оно зависит от множества факторов, в том числе и от непостоянной природы электромагнитного взаимодействия. Для того чтобы избежать внезапной остановки поезда, на нем устанавливаются специальные батареи. Они способны подзаряжать линейные генераторы, встроенные в опорные магниты, и тем самым достаточно долго поддерживать процесс левитации.

Торможение поездов, созданных на базе технологии EMS, осуществляет синхронный линейный двигатель низкого ускорения. Он представлен опорными магнитами, а также дорожным полотном, над которым парит маглев. Скорость и тягу состава можно регулировать изменением частоты и силы создаваемого переменного тока. Для замедления хода достаточно изменить направление магнитных волн.

Электродинамический подвес

Существует технология, при которой движение маглева происходит при взаимодействии двух полей. Одно из них создается в полотне магистрали, а второе – на борту состава. Эта технология получила название EDS. На ее базе построен японский поезд на магнитной подушке JR–Maglev.

Такая система имеет некоторые отличия от EMS, где применяются обычные магниты, к которым от катушек подводится электрический ток только при подаче питания.

Технология EDS подразумевает постоянное поступление электричества. Это происходит даже в том случ

МАГНИТНЫЙ ПОДВЕС • Большая российская энциклопедия

• 
• 
• 

  В книжной версии

  Том 18. Москва, 2011, стр. 383

• 
  Скопировать библиографическую ссылку:

  ---

Авторы: И. П. Киселёв

МАГНИ́ТНЫЙ ПОДВЕ́С (маг­нит­ное под­ве­ши­ва­ние), бес­кон­такт­ное под­ве­ши­ва­ние, обес­пе­чи­ваю­щее дей­ст­вие транс­порт­но­го сред­ст­ва и его пе­ре­дви­же­ние вдоль пу­те­про­во­да. Осу­ще­ст­в­ля­ет­ся в ре­зуль­та­те взаи­мо­дей­ст­вия маг­нит­ных по­лей, соз­да­вае­мых на хо­до­вой час­ти транс­порт­но­го сред­ст­ва и в пу­те­вой струк­ту­ре. Для про­клад­ки пу­ти стро­ят спец. пу­те­вую струк­ту­ру, в ко­то­рой ук­ла­ды­ва­ет­ся раз­вёр­ну­тая об­мот­ка

ли­ней­но­го элек­тро­дви­га­те­ля. Для по­ез­дов с М. п. пу­те­про­вод про­кла­ды­ва­ет­ся по по­верх­но­сти зем­ли или на эс­та­ка­дах. Ис­точ­ни­ком маг­нит­ных по­лей мо­гут быть по­сто­ян­ные маг­ни­ты, удер­жи­ваю­щие транс­порт­ное сред­ст­во над пу­те­про­во­дом бла­го­да­ря си­лам от­тал­ки­ва­ния, воз­ни­каю­щим ме­ж­ду од­но­им. по­лю­са­ми маг­ни­тов, рас­по­ло­жен­ных на под­виж­ном со­ста­ве и в пу­те­про­во­де. При от­тал­ки­ва­нии соз­да­ёт­ся за­зор, т. н. возд. по­душ­ка, на ко­то­рую как бы опи­ра­ет­ся по­езд. При при­ме­не­нии элек­тро­маг­ни­тов, за­кре­п­лён­ных на под­виж­ном со­ста­ве и в на­прав­ляю­щем рель­се, рас­по­ло­жен­ном под эс­та­ка­дой, в ре­зуль­та­те взаи­мо­дей­ст­вия маг­нит­ных по­лей по­езд удер­жи­ва­ет­ся и дви­га­ет­ся под пу­те­про­во­дом, на­хо­дясь в под­ве­шен­ном со­стоя­нии. За­зор ме­ж­ду пу­те­про­во­дом и хо­до­вой ча­стью по­ез­да со­став­ля­ет от 10 до 300 мм, за­ви­сит от ис­точ­ни­ка маг­нит­но­го по­ля и на­прав­ле­ния взаи­мо­дей­ст­вую­щих сил. В этих сис­те­мах воз­мож­но так­же ис­поль­зо­ва­ние сверх­про­во­дя­щих маг­ни­тов. В по­ез­дах с М. п. от­сут­ст­ву­ют вра­щаю­щие­ся час­ти и ме­ха­нич. пе­ре­дачи, что де­ла­ет их на­дёж­ны­ми в экс­плуа­та­ции, по­вы­ша­ет кпд и уве­ли­чи­ва­ет ре­сурс ра­бо­ты. Та­кие сис­те­мы, на­зы­вае­мые ле­ви­ти­рую­щи­ми (па­ря­щи­ми), мо­гут обес­пе­чи­вать ско­ро­ст­ное дви­же­ние по­ез­дов (см. Вы­со­ко­ско­ро­ст­ной на­зем­ный транс­порт). Од­ной из пер­спек­тив­ных счи­та­ет­ся сис­те­ма ле­ви­ти­рую­ще­го транс­пор­та «маг­лев» (от англ. magnetic levi­tation – по­езд на маг­нит­ном под­ве­се, дви­жи­мый и управ­ляе­мый маг­нит­ны­ми си­ла­ми), ко­то­рая ра­бо­та­ет поч­ти бес­шум­но, яв­ля­ет­ся наи­бо­лее эко­ло­ги­че­ски чис­той. Су­ще­ст­ву­ют про­ек­ты с рас­по­ло­же­ни­ем эле­мен­тов до­ро­ги ме­ж­ду рель­са­ми обыч­но­го ж.-д. пу­ти. Раз­ра­бот­ки ле­ви­ти­рую­щих транс­порт­ных средств ве­дут­ся в ря­де стран (Япо­ния, США) с 1960-х гг. В 2007 опыт­ная ле­ви­ти­рую­щая плат­фор­ма на ис­пы­та­ни­ях в Ка­ли­фор­нии (США) дос­тиг­ла ско­ро­сти 500 км/ч.

Использование магнитных подвесов в ветроэнергетических установках

Библиографическое описание:

Скороходов В. И., Шкандюк Д. О., Киселёв Г. Ю., Жиленко Д. М. Использование магнитных подвесов в ветроэнергетических установках // Молодой ученый. — 2016. — №28.2. — С. 79-81. — URL https://moluch.ru/archive/132/36971/ (дата обращения: 03.02.2020).



В статье рассмотрены основные проблемы ветроэлектрических установок (ВЭУ) и применение магнитолевитации, магнитных подвесов, для решения некоторых из них. Рассмотрены виды магнитных подвесов и их преимущества и недостатки.

Ключевые слова: энергосбережение, ветроэлектрические установки, ВЭУ, вертикально осевые, горизонтально осевые, магнитолевитация.

По мере развития человечеством науки и техники, разработкой новых устройств и увеличения количества потребителей возрастает необходимость в качественных и недорогих источниках энергии. Так же сейчас очень важным стал вопрос экологической чистоты вырабатываемой энергии, что привлекло особое внимание к нетрадиционной энергетике, энергетике, основанной на использовании возобновляемых источников энергии. Очень популярным направлением сейчас является развитие одного из направлений нетрадиционной энергетики – ветроэнергетических установок (ВЭУ) [1].

Сегодня ВЭУ подразделяются на 2 типа [1]:

1) ВЭУ с горизонтальной осью вращения – ротор располагается в сторону ветрового потока. Что является основной проблемой, так как даже лучшим устройствам, в своем роде, необходимо слишком много времени, чтобы приспособиться к изменению направления ветра [2-3].

2) ВЭУ с вертикальной (ортогональной) осью вращения – ротор расположен перпендикулярно потоку ветра. Главным преимуществом таких установок является отсутствие необходимости ориентации на ветряной поток. Такие установки способны работать даже при малых скоростях ветра, но имеют малых КПД. Однако такие установки имеют и ряд проблем [2-3].

Во-первых, с ростом габаритных размеров установки растет и сила, которую необходимо приложить, чтобы установка вошла в рабочий режим [4]. Отсюда вытекает и вторая проблема, растет нагрузка на опорные подшипники, что ведет к растрате энергии, а иногда даже к выходу ВЭУ из строя.

Решение проблемы

Решением обеих проблем является использование явления магнитной левитации. Магнитные подвесы могут полностью избавить нас от необходимости использования опорных подшипников. Технология магнитных подвесов основывается на достижениях в области электромагнетизма, обработки сигналов, статики и динами и развивалась вмести с ними. Эта технология основана на силах взаимного отталкивания(притяжения) магнитных полей благодаря чему в этих подшипниках исключается механический контакт, что является его главным преимуществом увеличивая срок службы, уменьшая потери мощности. Таким образом, эти подвесы находят широкое применение во многих областях и устройствах где нужно уменьшить механическое воздействие между быстро движущимися частями [2].

Так многие страны уже широко используют их для создания скоростных поездов (скорость которых может достигать 500 км/ч). Это такие страны как: Германия, Япония, Китай. Так же эта технология используется в аэрокосмической отрасли. Лучших результатов здесь добились в США и Японии. В США с помощью магнитных подшипников разработали искусственный сердечный насос. В энергетике эти подвесы используются для уменьшения трения, шума, потерь и пускового момента, что позволяет получать энергию при меньшей скорости ветра (относительно обычных подшипников) уменьшая время простоя ветрогенератора.

В зависимости от места применения используют:

— Электромагнитный подвес(ЭМП) используется ЭМ с изменяемой магнитодвижущей силой взаимодействующий с непрерывным феррорельсом.

— Электродвижущий подвес (ЭДП) их действие опирается на явление отталкивания источника магнитного поля и проводником, при их взаимном движении. Магнитное поле – управляемо. Система контролирует положение ротора и регулирует его подвеску.

— Подвес на постоянных магнитах (ППМ) наиболее прост, по своей конструкции, и экономичен. Он не нуждается в дополнительных источниках энергии для создания магнитного поля, имеет низкие потери мощности. Минусом такого подшипника является низкая грузоподъёмность.

В общем, выбор и сравнение магнитных подвесов в основном проводят по оценке их левитационного качества вычисляемого по формуле:

(1)

где Fпр– сила притяжения,Fот – сила отталкивания,Fт – сила торможения,Fп – подъемная сила, Fр — результирующая сила. Подробнее об оценке левитационных качеств магнитных подвесов можно узнать из работы LiuShuqin [2].

Главной проблемой создания неконтактных подвесов является обеспечение устойчивости движения вывешенного тела. Из истории развития магнитных подвесов – зачастую они были неработоспособными по причине возникновения вихревых токов в материале вращающегося тела. Тогда возникла необходимость изучения влияния магнитного трения на устойчивость вращающегося ферромагнитного тела [7]. Исследования показали, что причиной неустойчивости являются силы, лежащие в плоскости, перпендикулярной оси симметрии поля и направленные перпендикулярно вектору смещения центра масс относительно оси подвеса. Такая же проблема возникла в электрических машинах, тогда В. В. Болотин показал, что в уравнениях возмущенного движения появляются циркуляционные (псевдогироскопические) силы. Проблема устойчивости прямолинейного движения возникает при создании высокоскоростного транспорта с электродинамическим подвесом.

Дальнейшие работы по увеличению точности устройств и улучшение устройств с неконтактным подвесом требуют учета гистерезисных явлений. Сейчас в приборах с магнитными подвесами используют либо ферромагнитные материалы, имеющие высоким удельным сопротивлением, либо шихтованные материалы для валов магнитных подшипников и для высокоскоростного наземного транспорта с неконтактными подвесами. В этих материалах гистерезисные потери могут превышать потери на вихревые токи. Нахождение этих величин и учет влияния на динамику объекта становится важным звеном инженерных расчетов [7].

На данный момент основные исследования применения магнитных сосредоточены на горизонтально осевых ВЭУ [2] для них популярным являются ППМ. Их как правило изготавливают из NdFeb (неодим-железо-бор) это лучший выбор благодаря высокой величине магнитного поля и низкой цене.

Заключение

В итоге, магнитные повесы являются качественной заменой опорных подшипников, давая ВЭУ множество плюсов и ликвидируя некоторые её минусы:

1) ЭМП уменьшают скорость запуска ВЭУ и время вхождения в рабочий режим.

2) При применении ЭМП, благодаря магнитной подушке, уменьшает трение, вследствие чего увеличивается КПД ВЭУ.

3) При уменьшении трения возрастает срок службы установки.

Литература:

1. Бубенчиков А.А., Артамонова Е.Ю., Дайчман Р.А., Файфер Л.А., Катеров Ф.В., Бубенчикова А.А. Применение ветроэергетических установок с концентраторами ветровой энергии в регионах с малой ветровой нагрузкой // Международный научно-исследовательский журнал. — 2015. — № 5-2 (36). — С. 31-35.
2. Бубенчиков А.А., Артамонова Е.Ю., Дайчман Р.А., Файфер Л.А., Катеров Ф.В., Бубенчикова Т.В. Применение ветроколес и генераторов для ветроэнергетических установок малой мощности // Международный научно-исследовательский журнал. — 2015. — № 5-2 (36). — С. 35-39.
3. Бубенчиков А.А., Артамонова Е.Ю., Р.А. Дайчман Р.А., Файфер Л.А., Катеров Ф.В., Бубенчикова Т.В. Проблемы применения ветроэнергетических установок в регионах с малой ветровой нагрузкой // Международный научно-исследовательский журнал. — 2015. — № 5-2 (36). — С. 39-43.
4. Пархоменко Т. А. Параметры, повышающие эффективность работы вертикально-осевой ветроэнергетической установки / Т.А. Пархоменко. // Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ». – 2011. – №10(87). – С. 54-57.
5. Козорез В.В. Динамические системы магнитновзаимодействующих свободных тел / В. В. Козорез. – К.: Наук. думка, 1981. – 140 с.
6. Писаревский Ю. В. Разработка магнитных левитационных подшипниковых узлов для использования в вертикально-осевых ветроэнергетических установках малой мощности / Ю. В. Писаревский, П. Ю. Беляков, А. Ю. Писаревский и др. // Электротехнические комплексы и системы управления. — 2014. — №3. — С. 53-56.
7. Влияние магнитного трения на динамику твердого тела в неконтактном подвесе [Электронный ресурс] // Научная библиотека диссертаций и авторефератов disserCat. – URL: http://www.dissercat.com/content/vliyanie-magnitnogo-treniya-na-dinamiku-tverdogo-tela-v-nekontaktnom-podvese (дата обращения: 13.11.2016)
8. Chaware K. D. Experimental Investigation of Windmill to Generate Electric Power using Magnetic Levitation: A Review / K.D. Chaware, Dr. P. V. Washimkar, N.N. Wadaskar // International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology. — 2016. — №3. — С. 40-42.
9. Поляхов Н. Д. Обзор способов практического применения активных магнитных подшипников / Н. Д. Поляхов, А. Д. Стоцкая. // Научное приборостроение. Т.22.— 2012. — №4. — С. 5-18.

Основные термины (генерируются автоматически): магнитное поле, подвес, подшипник, потеря мощности, Япония, США, рабочий режим, нетрадиционная энергетика, главное преимущество, уменьшение трения.

Проверка схемы магнитного подвеса на постоянных магнитах

Ниже рассмотрена конструкция магнитного подвеса Николаева, который утверждал, что можно обеспечить левитацию постоянного магнита без упора. Показан опыт с проверкой работы данной схемы.

Сами неодимовые магниты продаются в этом китайском магазине.

Магнитная левитация без затрат энергии – фантастика или реальность? Можно ли сделать простейший магнитный подшипник? И что же на самом деле показал Николаев в начале 90-х? Давайте рассмотрим эти вопросы. Каждый, кто когда-либо держал в руках пару магнитов, наверняка задавался вопросом: “Почему не получается заставить один магнит парить над другим без посторонней поддержки? Обладая таким уникальным свойством, как постоянное магнитное поле, они отталкиваются одноименными полюсами совершенно без затрат энергии. Это великолепная основа для технического творчества! Но не все так просто.

Еще в 19 веке британский ученый Earnshaw доказал, что используя только постоянные магниты, невозможно устойчиво удерживать левитирующий объект в гравитационном поле. Частичная левитация или, иначе говоря, псевдолевитация, возможна лишь при механической поддержке.

Как сделать магнитный подвес?

Простейший магнитный подвес можно сделать за пару минут. Понадобятся 4 магнита в основании,чтобы сделать опорную базу, и пара магнитов, закрепленных на самом левитирующим объекте, в качестве которого можно взять, например, фломастер. Тем самым мы получили парящую конструкцию с неустойчивым равновесием по обе стороны оси фломастера. Стабилизировать положение поможет обычный механический упор.

Простейший магнитный подвес с упором

Эту конструкцию можно настроить таким образом, чтобы основной вес левитирующего объекта ложился на опорные магниты, а боковая сила упора была настолько мала, что механическое трение там практически стремится к нулю.

Теперь было бы логично попытаться заменить механический упор на магнитный, чтобы добиться абсолютной магнитной левитации. Но, к сожалению, сделать это не получается. Возможно, дело в примитивности конструкции.

Альтернативная конструкция.

Рассмотрим более надежную систему такого подвеса. В качестве статора используются кольцевые магниты, сквозь которые проходит ось вращения подшипника. Оказывается, в определенной точке кольцевые магниты обладают свойством стабилизировать другие магниты вдоль своей оси намагниченности. А в остальном имеем то же самое. Нет устойчивого равновесия вдоль оси вращения. Это и приходится устранять регулируемым упором.

Рассмотрим конструкцию более жесткую.

Возможно здесь удастся стабилизировать ось  при помощи упорного магнита. Но и здесь  так и не удалось добиться стабилизации. Возможно, упорные магниты нужно размещать с обеих сторон от оси вращения подшипника. В интернете давно обсуждается видео с магнитным подшипником Николаева. Качество изображения не позволяет детально рассмотреть эту конструкцию и складывается впечатление что ему удалось добиться устойчивой левитации исключительно при помощи постоянных магнитов. При этом схема устройства идентична показанной выше. Добавлены лишь второй магнитный упор.

Проверка конструкции Геннадия Николаева.

Сначала посмотрите полное видео, на котором показан магнитный подвес Николаева.  Этот ролик заставил сотни энтузиастов в России и за рубежом попытаться сделать конструкцию, которая смогла бы создать левитацию без упора. Но, к сожалению, в настоящее время не создана действующая конструкция такого подвеса. Это заставляет усомниться в модели Николаева.

Для проверки была сделана точно такая-же конструкция. Кроме всех дополнений были поставлены такие же, как у Николаева, ферритовые магниты. Они слабее неодимовых и не выталкивают с такой огромной силой. Но проверка в серии экспериментов принесла только разочарование. К сожалению, и эта схема оказалась нестабильной.

Заключение.

Проблема в том что кольцевые магниты, какими бы сильными они не были, не в состоянии удержать ось подшипников в равновесии при том усилии со стороны боковых упорных магнитов, которое нужно для ее боковой стабилизации. Ось просто соскальзывают в сторону при малейшем движении. Другими словами, сила, с которой кольцевые магниты стабилизируют ось внутри себя,  всегда будет меньше силы, необходимой для стабилизации оси в боковом направлении.

Так что же все-таки показал Николаев? Если более внимательно посмотреть это видео, то возникает подозрение, что при плохом качестве видео просто не видно игольчатый упор. Случайно ли Николаев не старается демонстрировать самое интересное? Не отвергается сама возможность абсолютной левитация на постоянных магнитах, закон сохранения энергии здесь не нарушается. Возможно, еще не создали такую форму магнита, которая создаст необходимую потенциальную яму, надежно удерживающую связку других магнитов в устойчивом равновесии.

Далее схема магнитного подвеса

Чертеж магнитного подвеса на постоянных магнитах

 Использованы материалы с сайтов youtube.com и форума matri-x.ru

Электромагнитный подвес

 

(и) 478 998

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 29.01.74 (21) 1995059/40-23 с присоединением заявки ¹ (32) Приоритет

Опубликовано 30.07.75. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 17.!0.75 (51) М. Кл. G Olc 19/24

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 629.7.058.82 (088.8) (72) Авторы изобретения Е. А. Никитин, G. А. Шахов, А. М. Пудов, А. Н. Сорокин и В. Д, Поляков (71) Заявитель Московское ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени высшее техническое училище им. Н. Э. Баумана (54) ЭЛЕКТРОМА! НИТНЫЙ ПОДВЕС

Предлагаемое изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в качестве прецизионных опор в поплавковых гироскопах и акселерометрах.

Известен электромагнитный подвес, содержащий ротор и статор, имеющий .полюса с рабочими и боковыми поверхностями и обмотки.

В зависимости от назначения подвеса ротор и рабочие поверхности полюсов статора выполнены цилиндрическими, коническими, сферическими и т. д.

В этом электромагнитном подвесе каждый

1полюс выполнен с боковыми гранями,,перпендикулярными друг другу.

Недостатком такого подвеса является наличие возмущающего электромагнитного момента.

Цель изобретения — уменьшение возмущающих моментов подв ес а.

Это достигается тем, что каждый полюс выполнен со скошенными и продольными гранями, наклоненными к продольной оси симметрии подвеса так, что сечение каждого полюса, перпендикулярное торцовым граням, образует п ар аллелогр ам м.

На чертеже показан предлагаемый электромагнитный подвес.

Подвес состоит из круглого ротора 1, расположенного в магнитном поле статора 2, имеющего полюса 3 с обращенными к ротору рабочими 4 и боковыми поверхностями (торцовыми 5 и продольными б гранями). Продольные грани б выполнены со скосом к продольной оси сим метрии подвеса О. На полюсах расположены соответствующие обмотки 7.

Подвес работает следующим образом.

10 После включения электрической цепи с обмотка ми статора под электрическое напряжение токи, протекая по обмоткам, изменяют свою величину при смещении ротора из центрального положения так, что образуют не15 симметричное магнитное поле, которое создает действующие на ротор электромагнитные силы, стремящиеся установить его в центральном положении.

Уменьшение возмущающего момента обьяс20 няется уменьшением крутизны изменения магнитного сопротивления (проводимости) и магнитной энергии, за пасенной в зазоре подвеса, при относительном вращении ротора и статора за счет того, что под линией пересечения

25 рабочей и продольной поверхностей полюса одновременно расположена не одна, а несколько |волн неровности ротора, или одна волна, но имеющая напротив различных точек линии пересечения рабочей и продольной поверхно30 стсй полюса разные фазы.

478998

Предмет изобретения

Составитель Б. Делекторскнй

Техред А, Камышникова Корректор В. Брыксина

Редактор В. Левятов

Заказ 2509/15 Изд. № 1708 Тираж 782 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

В иных модификациях предложенного электромагHHTного подвеса продольная поверхность 6 каждого полюса |может быть выаолнена не только в виде плоскости, но также в виде винтовой, ступенчатой (в случае шихтованного магнитопровода), волновой и других поверхностей,,которые в пересечении с рабочей поверхностью 4 полюса в зависимости от конфигурации продольной и рабочей поверхностей полюса, образуют волновую, ступенчатую и другие линии, каждая из которых расположена вне плоскости, проходящей через продольную ось симметрии, Указанные модификации не меняют сути настоящего изобретения.

Электромагнитный поднес с продольной осью симметрии магнитной системы, содержа5 щий круглый ротор и многополюсный статор с радиальными .полюсами, несущими обмотки, причем каждый полюс содержит две торцовые грани, перпендикулярные продольной оси подвеса, поверхность вращения, обращенную к ро10 тору и две продольные грани, о т л и ч а ющийся тем, что, с целью уменьшения возмущающих моментов подвеса, продольные грани наклонены к продольной оси симметрии лодвеса, при этом сечение каждого полюса, 15 перпендикулярное торцовым граням, образует параллелограмм.

  

Электромагнитный подвес

 

(19)SU(11)1097032(13)A1(51)  МПК ⁶    _G01C19/24(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯк авторскому свидетельствуСтатус: по данным на 27.12.2012 — прекратил действиеПошлина:

(54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПОДВЕС

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в гироскопических приборах и акселерометрах. Известен электромагнитный подвес, содержащий взвешиваемый якорь, диаметрально противоположные магнитопроводы с рабочими и дополнительными обмотками, последовательно соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками противоположных магнитопроводов, конденсаторами и вторичными обмотками трансформатора, первичная обмотка которого подключена к источнику переменного напряжения, демодулятор, выходы которого подключены к рабочим обмоткам через фильтры, образованные соединенными параллельно дросселем и конденсатором, а вход подключен к среднему выводу потенциометра, шунтирующего рабочие обмотки, причем дополнительные обмотки подключены к источнику постоянного напряжения через второй потенциометр. Недостатком этого электромагнитного подвеса является значительная сложность устройства и дрейф его характеристики при изменении условий эксплуатации, причем дрейф может быть частично скомпенсирован двумя потенциометрами, установленными для этой цели в электромагнитном подвесе. Известен также электромагнитный подвес, содержащий взвешиваемый якорь, диаметрально противоположные магнитопроводы рабочими и дополнительными обмотками, последовательно соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками диаметрально противоположных магнитопроводов и конденсаторами, источник питания, выпрямительный мост и управляемые дроссели с управляющими и рабочими обмотками. Недостатком этого электромагнитного подвеса является относительная сложность устройства и дрейф его характеристик при изменении условий эксплуатации. Цель изобретения — упрощение устройства. Цель достигается тем, что в электромагнитном подвесе, содержащем взвешиваемый якорь, диаметрально противоположные магнитопроводы с рабочими и дополнительными обмотками, последовательно соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками диаметрально противоположных магнитопроводов и конденсаторами, источник питания, выпрямительный мост и управляемые дроссели с управляющими и рабочими обмотками, к источнику питания последовательно подключены два резонансных контура и выпрямительный мост, выходная диагональ которого подключена к конденсатору и последовательно соединенным управляющим обмоткам управляемых дросселей, рабочие обмотки которых подключены к дополнительным обмоткам магнитопроводов. На фиг. 1 представлена схема электромагнитного подвеса, где ₁ и ₂ — воздушные зазоры между взвешиваемым якорем и, соответственно, верхним и нижним магнитопроводами; F₁ и F₂ — электромагнитные силы притяжения взвешиваемого якоря, соответственно, к верхнему и нижнему магнитопроводам. На фиг. 2 изображены характеристики электромагнитного подвеса, где F₁ и F₁¹ — характеристики силы притяжения взвешиваемого якоря к верхнему магнитопроводу, построенные в координатах (₁, F) для статического и динамического режимов, F₂ и F ‘₂ — характеристики силы притяжения взвешиваемого якоря к нижнему магнитопроводу, построенные в координатах (₂, F) для статического и динамического режимов; F и F ‘ — характеристики суммарных сил, действующих на взвешиваемый якорь в координатах (₁, F), в статическом и динамическом режимах; I, I’ и I» — характеристики тока в обмотках управления управляемых дросселей, построенные в координатах ( ₂, I) для статического, динамического и статического при повышенной частоте питающего напряжения режимов соответственно. Электромагнитный подвес содержит взвешиваемый якорь 1, диаметрально противоположные магнитопроводы 2 с рабочими 3 и дополнительными 4 обмотками, последовательно соединенные резонансные контуры 5, образованные рабочими обмотками 3 диаметрально противоположных магнитопроводов 2 и конденсаторами 6, источник 7 питания, выпрямительный мост 8 и управляемые дроссели 9 с рабочими обмотками и с управляющими обмотками 10, причем к источнику 7 питания последовательно подключены два резонансных контура 5 и выпрямительный мост 8, выходная диагональ которого подключена к конденсатору 11 и последовательно соединенным управляющим обмоткам 10 управляемых дросселей 9, рабочие обмотки которых подключены к дополнительным обмоткам 4 магнитопроводов. Подвес работает следующим образом. При неизменных и равных воздушных зазорах в подвесе, ₁= ₂, переменное питающее напряжение распределяется между резонансными контурами поровну. Величина тока в рабочей обмотке 3 будет определяться величиной падения напряжения на резонансном контуре 5 и соотношением между емкостным сопротивлением конденсатора 6 и индуктивным сопротивлением рабочей обмотки 3, которое зависит от зазора между магнитопроводом 2 и взвешиваемым якорем 1 и вносимого в резонансный контур дополнительной обмоткой 4 сопротивлением емкостного характера, зависящего от отношения индуктивного сопротивления управляемого дросселя 9 к индуктивному сопротивлению дополнительной обмотки 4. Это отношение задается подмагничиванием дросселя 9 током I, протекающим по управляющим обмоткам 10. Ток I является током последовательной цепи резонансных контуров и подается в обмотки управления 10 после выпрямления выпрямительным мостом 8 и конденсатором 11, шунтирующим выход выпрямительного моста. Магнитные потоки в верхнем и нижнем магнитопроводах создают электромагнитные силы F₁ и F₂, направленные в разные стороны. Суммарная сила притяжения взвешиваемого якоря к магнитопроводам F равна нулю. При медленном увеличении зазора ₁ уменьшается индуктивное сопротивление рабочей обмотки 3 верхнего магнитопровода, процессы в верхнем резонансном контуре приближаются к резонансу, полное сопротивление контура увеличивается. Одновременно уменьшается зазор ₂, увеличивается индуктивное сопротивление рабочей обмотки 3 нижнего магнитопровода, процессы в нижнем резонансном контуре удаляются от резонанса, полное сопротивление контура уменьшается. Происходит перераспределение напряжений между контурами. Увеличивается ток в рабочей обмотке верхнего магнитопровода и уменьшается ток в рабочей обмотке нижнего магнитопровода. Соответственно увеличивается сила F₁ и уменьшается сила F₂. Возникает суммарная сила F, возвращающая взвешиваемый якорь в среднее положение. Полное сопротивление последовательно соединенных контуров увеличивается и полный ток I в цепи последовательно соединенных контуров уменьшается, в результате чего уменьшается подмагничивание управляемых дросселей 9 и уменьшаются вносимые сопротивления в резонансные контуры дополнительными обмотками 4, к которым подключены управляемые дроссели 9. Влияние вносимого сопротивления на процессы в контуре тем сильней, чем ближе контур к резонансу, поэтому при уменьшении тока I в обмотке управления крутизна силовой характеристики F₁ при больших зазорах ₁ снижается, а при малых зазорах ₁ практически не изменяется, что увеличивает линейность силовой характеристики F. При быстром увеличении зазора ₁ и уменьшении зазора ₂ ток I’ в управляющих обмотках 10 управляемых дросселей 9 не успевает значительно уменьшиться за счет инерционности цепи управления управляемых дросселей. В этом случае вносимые сопротивления в резонансные контура будут больше, чем в статическом режиме, но вследствие различного влияния управляемых дросселей на резонансные контура при различных зазорах ₁ и ₂ сила F ^‘₁ увеличится значительно больше, чем уменьшится сила F’₂. Суммарная сила F’ будет больше силы F, причем увеличение силы F’ будет зависеть от скорости перемещения взвешиваемого якоря. Изменение параметров элементов электромагнитного подвеса (емкости конденсаторов, магнитной проницаемости магнитопроводов) в процессе эксплуатации, а также изменение частоты источника питания приводит к изменению первоначальной настройки резонансных контуров и к значительному изменению силовых характеристик электромагнитного подвеса. Однако в рассматриваемом электромагнитном подвесе, например, уменьшение частоты питающего напряжения приводит к такой перестройке резонансных электрических контуров, что жесткость электромагнитного подвеса может существенно снизиться. Но в этом случае уменьшается полное сопротивление последовательно соединенных контуров и увеличивается ток I ». Увеличивается подмагничивание управляемых дросселей и увеличиваются вносимые сопротивления в резонансные контура, процессы в которых приближаются к резонансным, что препятствует существенному снижению жесткости электромагнитного подвеса. Кроме того, в данном подвесе центрирующая сила зависит от скорости перемещения взвешиваемого якоря, что способствует демпфированию возможных колебаний взвешиваемого якоря.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ПОДВЕС, содержащий взвешиваемый якорь, диаметрально противоположные магнитопроводы с рабочими и дополнительными обмотками, последовательно соединенные резонансные контуры, образованные рабочими обмотками диаметрально противоположных магнитопроводов и конденсаторами, источник питания, выпрямительный мост и управляемые дроссели с управляющими и рабочими обмотками, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, к источнику питания последовательно подключены два резонансных контура и выпрямительный мост, выходная диагональ которого подключена к конденсатору и последовательно соединенным управляющим обмоткам управляемых дросселей, рабочие обмотки которых подключены к дополнительным обмоткам магнитопроводов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 23-2001

Извещение опубликовано: 20.08.2001        

---