Электромагнитные опоры

Актуальной задачей для многих практических применений является обеспечение виброустойчивости технических систем. Например, задача управления жесткостью амортизаторов транспортных средств в соответствии с профилем дорожного покрытия.

Подобно рода задачи могут быть эффективно решены с помощью электромагнитных опор.

На рисунке 6а представлена конструкция соленоидной (с цилиндрической катушкой) электромагнитной опоры. При возбуждении электромагнита (подключении катушки к источнику постоянного тока) из ферромагнитного материала тяговым усилием перемещается из исходного состояния (координата ) в вертикальном направлении.

На якорь действует так же механическая сила (сила тяжести якоря внешнего объекта) которая направлена в противоположном направлении. Статистические характеристики электромагнита и противовеса представлены на рисунке 2.6, б.

Рисунок 2.6. Статистические характеристики электромагнита
и противовеса

Как видно из рисунка 2.6, б перемещение якоря по оси Х характеризуется двумя точками 1,2 (точками зависания якоря с координатами и ) при которых .

Положение якоря в точке 1 является неустойчивым, поскольку любое его смещение в сторону увеличения координаты переводит якорь в точку 2. Очевидно точка 2 характеризует устойчивое положение якоря электромагнитной опоры.

Изменяя силу тока в катушке электромагнита можно регулировать жесткость фиксирования опоры в данной точке. Для оценки величины справедливо уравнение (2.15).

Принципы электромагнитного уравновешивании силы тяжести технических объектов лежат в основе реализации высокоточных устройств взвешивания и линейных двигателей на магнитной подушке.

Представляют практический интерес магнитные опоры для вращающихся объектов (центрирующие магнитные опоры). Один из вариантов конструкции центрирующие магнитной представлен на рисунке 2.7.

Электромагнит центрующей опоры представляет собой цилиндрический магнитопровод с явно выраженными полюсными.

На полюсных наконечниках размещены катушки электромагнита. Таким образом, в окрестности полюсных наконечников формируется магнитное поле, удерживающее якорь (цилиндрическую ось из магнитомягкого материала) в центре магнитопровода во взвешенном состоянии.

Рисунок 2.7. Центрирующая магнитная опора

Изменяя силу тока в соответствующих катушках можно корректировать (центрировать) местоположение вращающегося якоря.

Между якорем и полюсными наконечниками образуется воздушный зазор, благодаря чему исключаются силы трения вращающегося якоря. Отсутствие сил трения в центрирующей опоре (рисунок 2.7) позволяет исключить использование во вращающихся механизмах ненадежных элементов – подшипников.