Nguyên lý hoạt động và phân loại ổ trục từ tính

 

Vòng bi từ tínhCác hệ thống có thể được chia thành ba loại dựa trên nguyên lý hoạt động của chúng: Ổ trục từ chủ động, Ổ trục từ thụ động và Ổ trục từ lai.

 

Ổ trục từ chủ động

 

Ổ trục từ chủ động sử dụng lực điện từ có thể điều khiển để nâng đỡ trục quay, chủ yếu bao gồm rôto, cuộn dây điện từ, cảm biến, bộ điều khiển và bộ khuếch đại công suất. Các cuộn dây điện từ được gắn trên một stato được treo trong từ trường do các nam châm điện đặt đối xứng xuyên tâm tạo ra, mỗi nam châm điện được trang bị một hoặc nhiều cảm biến để liên tục theo dõi sự thay đổi vị trí của trục. Tín hiệu đầu ra từ cảm biến, với sự hỗ trợ của hệ thống điều khiển điện tử, sẽ điều chỉnh dòng điện chạy qua nam châm điện, để điều khiển lực hút của nam châm điện, giúp trục quay hoạt động ổn định và cân bằng, đồng thời đạt được các yêu cầu về độ chính xác nhất định.

 

Ổ trục từ chủ động có thể được chia thành điều khiển dòng điện và điều khiển điện áp theo các phương pháp điều khiển khác nhau, và có thể được chia thành ổ trục từ hướng tâm và ổ trục từ hướng trục theo các phương pháp đỡ khác nhau. Hiện nay, trong số các ổ trục từ chủ động, loại được sử dụng rộng rãi nhất là ổ trục từ điều khiển bằng dòng điện một chiều (DC).

 

Phần cơ khí của ổ trục từ chủ động thường bao gồm ổ trục hướng tâm và ổ trục hướng trục, trong đó ổ trục hướng tâm gồm stato (nam châm điện) và rôto; ổ trục hướng trục gồm stato (nam châm điện) và tấm chặn lực đẩy.

 

Do có ưu điểm là vị trí rôto, độ cứng và độ giảm chấn của ổ trục có thể được xác định bởi hệ thống điều khiển, nên ổ trục từ chủ động được sử dụng rộng rãi nhất trong lĩnh vực từ trường nâng, và nghiên cứu về ổ trục từ chủ động luôn là trọng tâm của nghiên cứu công nghệ từ trường nâng. Sau nhiều năm nỗ lực, lý thuyết và phương pháp thiết kế của nó ngày càng hoàn thiện hơn.

 

Ổ trục từ thụ động

 

Là một dạng ổ trục từ, ổ trục từ thụ động có những ưu điểm riêng biệt: kích thước nhỏ, không tiêu thụ điện năng và cấu trúc đơn giản. Sự khác biệt lớn nhất giữa ổ trục từ thụ động và ổ trục từ chủ động là ổ trục từ thụ động không có hệ thống điều khiển điện tử chủ động, mà sử dụng đặc tính của chính từ trường để nâng đỡ trục quay. Hiện nay, loại ổ trục từ thụ động được sử dụng rộng rãi nhất là ổ trục nam châm vĩnh cửu được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu. Ổ trục nam châm vĩnh cửu có thể được chia thành hai loại: loại đẩy và loại hút.

 

Ổ trục nam châm vĩnh cửu thụ động có thể được sử dụng như cả ổ trục hướng tâm và ổ trục hướng trục, cả hai đều có thể là hút hoặc đẩy. Tùy thuộc vào hướng từ hóa và vị trí tương đối của vòng từ, ổ trục nam châm vĩnh cửu có nhiều cấu trúc mạch từ khác nhau. Nhưng có hai cấu trúc cơ bản.

 

Loại ổ trục từ thụ động khác dựa trên lực hút tác dụng giữa các thành phần từ mềm đã được từ hóa. Khi thành phần rôto chuyển động theo phương xuyên tâm, hiệu ứng hút xuất phát từ sự thay đổi điện trở từ, vì vậy nó còn được gọi là "ổ trục từ trở". Loại ổ trục này có thể được thiết kế sao cho phần nam châm vĩnh cửu không quay, chỉ có phần sắt mềm quay, giúp hệ thống có độ ổn định tốt hơn.

 

Sự kết hợp giữa hiệu ứng ổn định của ổ trục từ trở và nam châm điện chủ động tạo ra một hệ thống ổ trục từ tính với mức tiêu thụ năng lượng tối thiểu.

 

Vòng bi từ tính lai

 

Ổ trục từ lai được hình thành trên cơ sở ổ trục từ chủ động, ổ trục từ thụ động và một số cấu trúc hỗ trợ và ổn định phụ trợ khác - một loại hệ thống ổ trục từ kết hợp. Nó xem xét các đặc điểm tổng hợp của ổ trục từ chủ động và ổ trục từ thụ động.

 

Ổ trục từ lai sử dụng từ trường do nam châm vĩnh cửu tạo ra để thay thế từ trường tĩnh của nam châm điện, điều này không chỉ giúp giảm đáng kể công suất tiêu thụ của bộ khuếch đại công suất mà còn giảm một nửa số vòng dây của nam châm điện, giảm thể tích của ổ trục từ và cải thiện khả năng chịu tải.

 

Do từ trường lệch được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu và từ trường điều khiển được tạo ra bởi nam châm điện, nên ổ trục từ lai lệch nam châm vĩnh cửu có những ưu điểm sau:

 

1) Nam châm vĩnh cửu được sử dụng để tạo ra từ trường tĩnh phân cực, còn nam châm điện chỉ tạo ra từ trường điều khiển để cân bằng tải hoặc nhiễu bên ngoài, nhờ đó tránh được tổn thất điện năng do dòng điện phân cực của hệ thống gây ra và giảm hiện tượng nóng lên của cuộn dây.

 

2) Số vòng dây cần thiết cho nam châm điện của ổ trục từ lai nhỏ hơn nhiều so với ổ trục từ chủ động, điều này giúp giảm thể tích của ổ trục từ và tiết kiệm vật liệu. Loại ổ trục này có ưu điểm là kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và hiệu suất cao, phù hợp cho các ứng dụng thu nhỏ và kích thước nhỏ.